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聯盟研究群 / 化合物半導體及矽基積體電路系統級構裝技術於高速電子應用

研究動機:
     完整的通信模組包括功率放大器(PA)、開關器(SW)、射頻收發器(transceiver)與基頻電路。其中高性能的功率放大器、開關器可由異質接面雙極性電晶體及高速電子移動率電晶體積體電路製作,如同矽基製程(BiCMOS,SiGe)可以提供雙極性電晶體和金氧半場效應電晶體兩種主動元件,化合物半導體製程技術亦可整合於bipolar與FET於砷化鎵雙極管(BiHEMT)製程中,如圖左為穩懋半導體BiHEMT製程剖面架構圖。砷化鎵雙極管製程的最大優點是可以應用於射頻、類比及數位電路設計上,並藉由系統級構裝(SiP)技術進一步整合矽基射頻收發器與基頻電路於為單一封裝。從蘋果iPad到Intel Ultrabook所掀起的風潮,除確立了消費性智慧行動裝置持續薄型化、輕巧化的設計趨勢外,隨著手持智慧行動產品成為流行性商品,產品生命週期縮短,系統設計廠商亦面臨每半年內就要推出新品的競爭壓力,設計的彈性,研發時程的加速與成本的降低於此時更顯關鍵。SiP更能於此時發揮所具有的微型化及異質整合優勢,達成系統效能/尺寸/成本/研發時程之最佳平衡,快速地將產品推向市場。

研究目標:
解決前瞻性積體電路與系統級構裝之異質電路整合設計問題,建立完整開發設計流程,並應於相關產業上。

研究方向:
  1. 異質整合化合物半導體積體電路技術開發及設計:相關積體電路技術製作方法是在化合物基板上進行選擇性的磊晶製作,然後再製作出垂直結構的異質接面雙極性電晶體和水平結構的高速電子移動率電晶體。對於電路設計而言,在同一晶片上可以同時使用不同電晶體於電路設計上,使得電路設計更具彈性,同時性能也更加優異。由原件結構有所差異,所以異質接面雙極性電晶體和高速電子移動率電晶體電路性能也不一樣。如何提升製程良率,將是成本重要考量因素之一。
  2. 高速電路設計使用雙極管製程技術:異質接面雙極性電晶體具有較高直流轉導增益、低閃爍雜訊及較低的偏移電壓,因此雙極性電晶體較適合應用於振盪、放大器輸入轉導級及類比電路設計上。場效應電晶體則具有較高的輸入阻抗、低啟動電壓及低雜訊指數,所以非常適合前端電路的低雜訊放大器、切換器及頻率轉換電路等設計。對於化合物半導體及矽基材料之雙極管製程而言,上述之優點皆可同時具有,因此可進一步應用於高性能射頻積體電路及高速混合積體電路設計,並可避開元件之缺點。
  3. 系統級構裝技術於智慧行動裝置之應用:面對整合度越來越高,體積要求確日益輕薄短小的設計挑戰,系統級構裝技術成為新一代智慧行動產品設計的重要關鍵。隨著先進IC與模組構裝製程技術的進步,以及高頻電腦輔助設計工具效能的大幅提升,系統級構裝技術已可實際於智慧行動裝置而展現其具體效益,發揮以異質整合增加設計彈性,以晶圓級的構裝降低訊號路徑長而提升訊號品質,並以緊密堆疊實現微型化設計,亦得以協助系統廠商降低設計複雜度,加速產品研發與上市時程,以於快速變化與高度競爭的市場中提高應變能力。

 
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