請問鎵產品在電子科技產業的應用如何?

各位先進與達人: 有幾個問題想請教

1.請問砷化鎵產品的的製造過程? 2.請問鎵產品在電子科技產業的應用如何? 請詳細回覆

感謝
砷化鎵　GaAs。

Gallium arsenide。

是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物

黑灰色固體

熔點1238℃。

它在600℃以下

能在空氣中穩定存在

並且不為非氧化性的酸侵蝕。

砷化鎵可作半導體材料

其電子遷移率高、介電常數小

能引入深能級雜質、電子有效質量小

能帶結構特殊

可作磊晶片。

由於傳送訊號的射頻元件需要工作頻率高、低功率消耗、低雜訊等特色

而砷化鎵本身具有光電特性與高速

因此砷化鎵多用於光電元件和高頻通訊用元件。

砷化鎵可應用在WLAN、WLL、光纖通訊、衛星通訊、LMDS、VSAT等微波通訊上。

不過

砷化鎵材料成本較高

使用的製程設備也與一般IC業者常用的矽製程設備不同。

砷化鎵將成為台灣IC產業下一個希望？ 文／王明德 長期以來

台灣高科技產業以矽晶圓代工橫掃全球

帶動台灣另一波工業革命

然而在通訊產業發展一日千里

高頻IC需求大增

III／V族IC以高電子遷移率、高飽和漂流速度、半絕緣性基板特性全力搶進無線通訊市場

在這波浪潮中

台灣廠商如何切入市場、自我定位

這將是值得深思的問題。

製程設備是一大考驗 自從III／V旋風襲台

各IC設計公司與代工廠無不積極投入

III／V半導體的特性為電子遷移速快(其高電子遷移率約為Silicon的6倍)、高飽和漂流速度、半絕緣性基板(意即低寄生電容)

加上操作溫度最高可達攝氏200度

因此相當適合用於高速元件。

台灣廠商目前已擁有仿效英國STS與Gatemell University合作模式的III／V半導體聯盟

以無線通訊元件為發展基礎

擴極光通訊之主、被動元件、生物科技、奈米技術及微機電等領域。

　 不過由於台灣廠商長久以來以矽製程為主要生產方式

而III／V半導體之製程即原料與其有相異之處

設備需求不同

且台灣廠商設備自動化程度較低

要提昇產業整體競爭力不如想像中容易

而且經被製程難度很高

設備業者須與晶圓製造商合作開發

因此產能提昇部分也是一個大問題

台灣半導體業者如何與設備業者充分配合溝通

製造出適合製程之設備基台

不再將龐大商機拱手讓與外商

將成為台灣業者主要課題之一。

砷化鎵崛起不滅目前III／V族中最受矚目的要算是砷化鎵(GaAs)

根據Strategies Unlimited的預測

砷化鎵晶片的市場規模將於西元2005年達到25億美元

成長率為30%。

Dataquest則預測2004年會達到35億美元。

而IC Insights更樂觀的預測

市場規模在2004年會達到約49億美元。

砷化鎵最大的應用比率為無線通訊

將近7成

光通訊雖然應用成長快速

但也將近2成比例而已。

而在無線通訊領域中

行動電話的重要元件－功率放大器(Power Amplifier；PA)又佔砷化鎵最大應用比例。

不過手機市場在前幾年出現飽和狀況

加上景氣不振

消費者換機率大幅下滑

許多手機大廠幾乎都是在賣庫存

雖然這些大廠紛紛將代工製造業務移至台灣OEM廠

讓明碁等台灣廠商商機大增

不過整個手機市場處於低潮的情況

也直接影響了砷化鎵未來的發展。

以砷化鎵產品與元件技術而言

產品或製程較為標準化、產品壽命較短、市場規模相對夠大的產業

進行垂直分工較為可行。

砷化鎵應用在高頻、高功率等類比領域居多

元件特性、型態、結構、關鍵製程等均迴異於矽半導體。

也就是說

產品與製程任何一項標準化程度不高

大部分產品屬於客製化(Custom design)的

大部分製程屬於公司專有智產(proprietary)

各家技術競爭其實大部分在磊晶設計與製程技術上。

市場規模方面

整體砷化鎵市場僅為矽半導體的3%左右

砷化鎵晶圓代工生存淘汰競爭在這幾年會非常激烈

具備技術與量產先機者有機會存活

關鍵成功因素

若以優先次序

可能較佳的排列是具有聯盟或交互投資的客戶為優先、技術(含量產能力)次之、產能最後。

但是要走到獲利與高成長的階段

應該還有相當長而辛苦的路要走。

GaAs與SiGe各擅勝場砷化鎵的製程包括MESEFT、PHEMT、HBT

在PA的製作上

以往均以MESEFT、PHEMT來做

但後來主流技術逐漸偏向HBT

HBT是以單電壓模式操作

不必增加負電壓的設計

而且擔電壓能降低Power-Down Switch的設計

降低手機待機時的電力耗損

提昇電池使用時間。

在製程方面

HBT的Emmiter、Base、Collector是用MBE或MOCVD技術垂直累加上去

由於這些幾何結構在磊晶行程時就已經決定

因此目前利用Base Thickness製程已經足夠

相對於MESEFT、PHEMT

HBT顯得簡單的許多。

在RF部分

目前是以砷化鎵與純矽的BiCMOS製程為主

不過因為RF特殊的高頻特性

以至於砷化鎵的材質極限無法完全負荷

加上成本與整合性因素

因此各廠商紛紛尋找替代方案

其中鍺化矽(SiGe)成為新興的射頻元件

SiGe是由IBM在12年前推出的的製程

不過由於SiGe剛推出時

截止頻率與崩潰電壓過低

無法撼動砷化鎵在射頻元件與功率放大器的地位

然而在這幾年SiGe的技術大為改善

過低的崩潰電壓問題已獲得改善

加上其成本較砷化鎵滴

導致全球大廠紛紛投入

包括IBM、Agere、TriQuint等均有動作

不過這僅止於射頻元件

在功率放大器領域中

仍是砷化鎵的天下。

台灣廠商的困境台灣砷化鎵產業已進入戰國時代

目前在磊晶片部份有全新光電、博達、晶茂達、巨鎵、聯銓等業者投入

代工部份有穩懋、全球聯合通信、宏捷、尚達、中威等廠；後段的封裝測試部份有全欣、國碁、麥瑟、宇通等業者；至於上游的設計業者

則有加達士、和茂等。

雖然多數業者仍處於起步階段

但在成本具有優勢

加上主導研發的人員過去在國外相當有經驗

假以時日將漸成氣侯。

不過台灣發展砷化鎵產業最大的困擾在於人才的不足

由於台灣通訊產業技術落後國外一段距離

因此台灣在砷化鎵應用最大的通訊領域中

要組成專業技術團隊並不容易

除此之外

台灣廠商困境尚包括：1.台灣設計公司的支援不足

過長的產品確認循環不符合短期投資模式。

2.台灣的耗材、RF模組封裝場缺乏技術研發

使完備的生產線成為挑戰。

3.需要低頻RF零件材料商競爭

而這些場加以CMOS技術為基礎

因此具有SOC技術的趨勢等。

冷戰時

美國UI、UM、Cornell等化合半導體研發重鎮培養不少人才任職於國防工業的大公司

但民間商業應用有限。

矽晶圓大廠在台灣興建時砷化鎵晶圓廠仍代表著高技術門檻

砷化鎵IC高技術因素肇因於砷化鎵元件的模擬不精確

而模擬不精確又來自於砷化鎵材料的複雜性

成熟的工作人員必須動手做

做幾年後才能建立適當感覺

以砷化鎵磊晶而言

業界經驗是每座磊晶基台絕對不相同

要此有經驗、能調出產品的操作人員就相對顯得重要。

砷化鎵IC的製程更是如此

與矽晶圓廠買入基台即可量產相比較

砷化鎵經援場買入基台後

線上調出產品與良率才是真功夫。

矽晶圓外的另一條路歷經這幾年的經濟衰退與6吋晶圓廠製程技術困難

使得脫數晶圓廠延遲6吋製程計劃

而改以4吋製程代替

多數使產能增加的擴廠計劃都延滯下來

不過也有業者趕上技術趨勢提高產能

他們享用經濟衰退期裝備自己迎接技術復甦。

雖然目前手機成長趨緩

蛋綜觀全球市場仍大的驚人

未來3G市場成熟後

行動電話除通功能外

更將結合生活週遭電子產品

成為個人資訊處理平台

因此多數業者看好高成長潛能的無線通訊市場

而積極介入砷化鎵領域

未來台灣砷化鎵產業成功的決勝條件在於虛擺脫過去為人作嫁的代工模式

積極建立自我品牌

並結合大陸龐大的內需市場

方能與國外大廠相抗衡

走出矽晶圓模式外的另一條路。

參考資料 網上

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