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在汽車、5G 等應用的帶動下，中國的半導體市場保持了增長態(tài)勢。中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2019 年 1-6 月中國集成電路產業(yè)銷售額為 3048.2 億元，同比增長 11.8%。在數(shù)量增長的同時，新型應用也對半導體性能提出更高的要求，這給第三代半導體材料帶來發(fā)展機會，尤其是 SiC 和 GaN，市場需求一路上漲。據 Yole 預測，2021 年全球 SiC 市場規(guī)模將上漲到 5.5 億美元，GaN 市場將達到 3 億美元。
未來，半導體新材料會面臨哪些機遇和挑戰(zhàn)？在哪些行業(yè)中得到更廣泛的應用？如何解決 SiC 和 GaN 等新材料的發(fā)展瓶頸？帶著這些問題，與非網記者對 Soitec 全球戰(zhàn)略副總裁 Thomas Piliszczuk 先生進行了專訪。
在半導體產品生產中，決定其性能的除了材料還有襯底。Thomas Piliszczuk 形象地比喻：要生產美酒需要好的產地和土壤，半導體同樣需要出色的襯底，因為晶體管性能的好壞將直接影響晶圓的性能，而襯底可以改善晶體管的性能功耗、面積和成本權衡。Soitec 成立于 1992 年，目前是全球最大的優(yōu)化襯底供應商，擁有的 Smart Cut、Smart Stacking、Epitaxy 等核心技術，主要服務于智能手機、汽車、云、物聯(lián)網四大市場。
Soitec 全球戰(zhàn)略副總裁 Thomas Piliszczuk 先生接受記者采訪
通過POI和GaN技術，迎接5G發(fā)展機遇
Soitec 擁有豐富的襯底產品組合，其 SOI 產品可以用于處理器與集成芯片、射頻前端模塊、高功率器件、光學、圖像傳感器等應用，除此之外，Soitec 的產品線也延伸到除了硅以外的復合材料上。
隨著通信技術向 4G、5G 切換，頻譜越來越密集，智能手機需要射頻模塊進行過濾，而濾波器是射頻模塊的關鍵器件，從射頻模塊的演進可以看出，3G 時代一部手機只需要幾顆濾波器，到 4G 時代，一部手機的濾波器用量達到 60-80 個，預計 5G 時代，會達到 120-150 個。因此針對 4G 和 5G 應用，Soitec 推出了 POI 技術來打造新一代濾波器。
POI 產品由 SiO2 層頂部的薄層壓電材料（目前為鉭酸鋰）和高電阻率硅襯底組成。這種結構使濾波器設計人員能夠獲得具有更好耦合系數(shù)和更低熱膨脹系數(shù)的材料，使他們能夠設計具有更高品質因數(shù)和更高頻率的諧振器，更大帶寬的濾波器，具有極低的溫度敏感性，可在同一芯片上集成多個濾波器。POI 產品使前端模塊制造商能夠更好地響應 4G 和 6GHz 以下 5G 的嚴格要求，改善智能手機用戶的帶寬和覆蓋。
“我們預計每年市場需求會達到幾百萬片?！盩homas Piliszczuk 表示，“我們的 POI 生產線產能預計可擴大至 40 萬片每年。如果需求持續(xù)旺盛，我們會考慮以建立合作伙伴的方式來滿足客戶的需求。目前，我們的 POI 采用了 6 英寸技術，未來會發(fā)展到 200 毫米和 300 毫米的規(guī)格。”
預計未來五年內，GaN 技術的市場應用規(guī)模將達到每年 50 萬至 100 萬片晶圓。針對 GaN 技術，Soitec 選擇了收購之路，于今年 5 月以 3000 萬歐元現(xiàn)金收購了 EpiGaN，這家公司成立于 2010 年，其技術應用于 5G 基礎設施、物聯(lián)網和智能傳感器系統(tǒng)的電源，其 GaN 產品用于 RF、5G、電子元器件和傳感器應用。
Thomas Piliszczuk 表示，迄今為止，我們基本磨合得非常成熟了，EpiGaN 已經成為 Soitec 的一個業(yè)務單元。在汽車電力方面，包括 Power SOI、功率 FD-SOI，GaN 技術都有廣泛使用。
遵循兩大收購原則，不斷豐富自身產品線
除了收購 EpiGaN，補充 GaN 產品線，Soitec 還收購了 Dolphin Integration 部分股權，因為它可以為 FD-SOI 提供獨特的設計技術 -- 基底偏壓（Body Biasing）。Thomas Piliszczuk 解釋，這個技術十分獨特，它能夠使同一個晶體管出現(xiàn)兩種模式：睡眠模式和高性能模式，進行節(jié)省功耗，這樣的轉換可以增加設備的靈活性，這也是低功耗 FD-SOI 的最關鍵特點，市場上沒有其他的企業(yè)能夠支持基底偏壓和低功耗 IP 設計。
當筆者問到，Soitec 未來的收購計劃時，Thomas Piliszczuk 分析，我們公司收購有幾個原則：第一，收購的企業(yè)必須和我們的主營業(yè)務優(yōu)化襯底相關；第二，新收購的業(yè)務要盈利，而且未來要有發(fā)展?jié)摿?。Dolphin Design 和 EpiGaN 都滿足這個兩個條件。未來我們會通過自身的專業(yè)知識提高 EpiGaN 的產能，利潤會很可觀。
雖然 Thomas Piliszczuk 沒有透露 Soitec 后面的收購計劃，可以預見，Soitec 會沿著這一收購思路繼續(xù)補充自己的產品線，迎接 5G 時代的市場機遇。
通過先進技術打破新型材料的發(fā)展瓶頸
第三代半導體材料 SiC 和 GaN 在禁帶寬度、擊穿電場、抗輻射能力等方面表現(xiàn)都很優(yōu)異，但是發(fā)展速度不是很快，成本是主要原因?！拔覀冋陂_發(fā)一種技術希望能夠徹底改變這樣的局面?！?Thomas Piliszczuk 解釋，“我們不做 SiC 晶體，這不是我們的專長。我們用 Smart Cut 技術做一種新型的 SiC 晶圓，可以把它切割成 10 片或者 15 片，技術還在研發(fā)，數(shù)量還未最終確定。隨著產量提升，晶圓就會更便宜，成本也隨之下降。而且我們用的是純凈體，良率和產品性能都會提升。目前，包括汽車領域、設備領域的很多客戶都很感興趣?！?/p>
之所以可以切割成更多片，Smart Cut 技術發(fā)揮了關鍵作用。Smart Cut 技術是通過光離子注入和晶圓鍵合來定位超薄單晶層，并將其從一個襯底轉移到另一個襯底。工作原理類似納米刀，能夠切割非常薄、完美的硅層，并能夠疊加到其他的機體之上。通過 Smart Cut 技術，能夠實現(xiàn)晶體間的非常薄的疊加，也可以實現(xiàn)晶體和非晶體之間的疊加，從而可以生產或組合出各種不同類型的產品。Soitec 已開發(fā)出了各種各樣適用于不同類型應用和產品的優(yōu)化襯底，例如：RF-SOI, FD-SOI、功率 SOI、光學 SOI。
針對 SiC，Thomas Piliszczuk 表示，我們降低 SiC 成本主要體現(xiàn)在兩方面：第一，一個 SiC 可以切成 10 片，使用 10 次，組合時，上面是高質量的 SiC 薄片，下面是低質量的 SiC 片、多晶硅片、或者純硅的基座，成本大幅度降低；第二，SiC 產品的目前良率只有 50%，通過 Smart Cut 切割技術，讓組合起來的產品質量有保證，從而讓客戶的良率隨之提高。目前，碳化硅切割后，用在電動汽車的元器件上已經通過了驗證，明年會大規(guī)模量產。
針對 GaN，Soitec 也在尋求降低成本的方法，第一，晶圓從 4 英寸、6 英寸遷移到 8 英寸生產，通過大規(guī)模、工業(yè)化生產提高良率，節(jié)約成本；第二，GaN 分為硅基 GaN 和 SiC 基 GaN，硅基 SiC 以硅材料為底，成本比 SiC、GaN 便宜很多。我們努力通過技術研發(fā)，用 Si 基 GaN 來替代 SiC 基 GaN，減少技術成本。
選擇正確才能贏得市場
從整個市場營收來看，2020 財年，Soitec 第一季度收入 1.19 億歐元，與 2019 財年第一季度相比增長 30%。Thomas Piliszczuk 表示，這一增長趨勢高于行業(yè)的平均發(fā)展趨勢，這得益于單個產品中 SOI 襯底密度的上升，市場整體需求在增大，例如，5G 手機中的 SOI 襯底需求量比 4G 手機提高了一倍。
仔細研究會發(fā)現(xiàn)，Soitec 公司成立于 1992 年，但是從 2015 年開始營收才出現(xiàn)突破性進展，眾所周知，半導體技術需要大量的人員和資金投入，如果創(chuàng)業(yè)團隊沒有足夠的耐性很難取得成功，Thomas Piliszczuk 分享了 Soitec 的轉型故事。
其實在 2000 年，Soitec 一直想要拓展太陽能業(yè)務，但是由于技術難度較大，沒有取得成功，在 2014 年，公司換了管理層，開始調整公司業(yè)務，回歸主業(yè)，做半導體襯底，在 2015 年扭虧為盈，當年的市值達到 1.2 億美元，經過幾年發(fā)展，如今市值增長到了 35 億美元。
Thomas Piliszczuk 于 2009 年加入 Soitec 負責全球戰(zhàn)略和市場、業(yè)務拓展，之前在 KLA-Tencor 負責制定商業(yè)策略并主導公司的對外合作，因此非常熟悉半導體行業(yè)，加入公司之初就開始提議回歸主業(yè)，最終在 2014 年得到同意。在 Soitec 的復蘇過程中，中國市場發(fā)揮了重要作用， 2015 年，Soitec 和新傲開始合作，為客戶提供高品質、及時與高產量的 SOI 晶圓供應；2016 年，上海硅產業(yè)投資有限公司（NSIG）收購 Soitec14.5%的股份；今年 2 月，Soitec 與新傲加強合作，擴大新傲科技位于中國上海制造工廠的 200mm 絕緣硅（SOI）晶圓年產量，從年產 180,000 片增加至 360,000 片，更好地服務全球市場對 RF-SOI 和 Power-SOI 產品的增長性需求。
雖然 Soitec 的直接客戶是晶圓代工廠、IDM，但是 Thomas Piliszczuk 認為中國市場的戰(zhàn)略價值很大，因為像華為、小米、阿里巴巴、百度這樣的終端用戶決定用什么產品，Soitec 經常和這些公司進行技術交流，了解終端廠商的需求。本月，Soitec 參加了第七屆 SOI 產業(yè)高峰論，Thomas Piliszczuk 在會上表示，擴展產品組合至使用新型半導體材料的優(yōu)化襯底是我們的重要戰(zhàn)略。除了 GaN、POI 和復合材料如 InGaNOS（硅基銦氮化鎵），Soitec 還在研究碳化硅材料的機會，以滿足新市場的需求。
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