ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ ПО ЗАРУБЕЖНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ - 76% 60% - ЦНИИ "Электроника
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Выпуск 6 (6680) от 21 марта 2019 г.
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
ПО ЗАРУБЕЖНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ
76% 60% 85% 35%
ISSN 2500-3844
СЕГОДНЯ В ВЫПУСКЕ
2 16
Компетентное мнение Перспективы развития
технологий ведущих
4 поставщиков логики
Вопросы снижения и кремниевых заводов
уровня дефектности
полупроводниковых приборов 20
Новый способ
9 непосредственной
GaN-приборы и технологии: записи на однослойные
перспективы рынка, патентная полупроводники
среда
24
Заводы по обработке
пластин: ситуация
в 2009–2018 гг.
и ближайшие
перспективы
27
К вопросу изменчивости
параметров приборов и процессов
35
Об избыточности блокчейна
для приложений безопасности
промышленного Интернета
вещей
39
Позиция Великобритании в вопросе
проблем кибербезопасности
42
В Массачусетском технологическом
институте разработан новый датчик
МРТ
44
Издатель Реклама
АО «ЦНИИ «Электроника» publish@instel.ru
+7 (495) 940‑65‑24
Поиск новых материалов Главный редактор
Алена Фомина, д. э. н., доц. Адрес редакции
и технологий для питания Заместитель главного редактора
127299, г. Москва,
ул. Космонавта Волкова, д. 12
датчиков Интернета вещей Виктория Французова
+7 (495) 940‑65‑24
Научный референт www.instel.ru
Валерий Мартынов, д. т. н., проф. publish@instel.ru
46 Выпускающий редактор
Полина Корсунская
Экспресс-информация по зарубежной
электронной технике издается с 1971 г.,
Глоссарий Авторы материалов
в электронной версии – с 2003 г.
Михаил Макушин, Издание зарегистрировано
Анастасия Хомчик,
в Федеральной службе
Иван Черепанов,
по надзору за соблюдением
Юлия Яцина
законодательства в сфере массовых
Над выпуском работали коммуникаций и охране
Григорий Арифулин, культурного наследия
Людмила Железнова, (свидетельство ПИ № 77–13626
Анастасия Никитина от 20 сентября 2002 г.).
КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ Вопросы изменчивости параметров От параметров производственного про- производственного процесса тесно свя- цесса непосредственно зависит надеж- заны с проблемой надежности ИС. Этот ность ИС, которая все теснее связывается фактор критически важен для автомо- с надежностью конечных электронных си- бильной, медицинской и промышленной стем. Требование амортизации отказов, электроники, и ситуация обостряется т.е. возможности системы выполнять ос- по мере масштабирования и усложнения новные функции при появлении аппарат- конструкций ИС. Еще недавно изменчи- ных или программных ошибок, стало уже вость параметров технологического про- стандартным (ISO 26262). Это приводит цесса рассматривалась как проблема или к избыточности системы (увеличение производителя ИС и решалась при по- стоимости), или к возможности использо- мощи платформ контроля соблюдения вать ИС, изначально не предназначенные проектных норм. По мере расширения для данной системы. сферы использования ИС растет число Обычно для решения проблем с раз- источников вариаций производственного бросом параметров и возникновением де- процесса. Отклонения параметров вы- фектов ИС, используемых в критически зываются не только особенностями тех- важных системах, необходима «обкат- нологии, но и ошибками проектирования ка» нового технологического процесса (особенно за счет изменений конструк- на протяжении 5–7 лет. Для этого требу- ции в последний момент), воздействием ется глубокое понимание как на уровне инструментальных средств обработки, системы, так и на уровне ИС, а также окружающей среды и других факторов. достаточный объем данных, позволяю- При этом каждое отклонение по отдель- щий сделать выводы о типе, причинах ности может быть не опасно, но накопле- и локализациях дефектов. Однако чем ние вариаций на всех этапах обработки современнее технологический уровень, часто приводит к формированию негод- тем меньше понимания и данных о нем, ного кристалла. Соответственно, при раз- а в случае 7/5-нм технологий никакого работке, проектировании и изготовлении опыта вообще нет. Кроме того, источ- полупроводниковых приборов с меньши- ником отказов могут быть и операции ми топологическими элементами необхо- корпусирования, особенно в случае раз- дим контроль всех типов вариаций из-за мещения в одном модуле разнородных ужесточения допусков. Все более пробле- по типу и топологиям кристаллов ИС матичным становится высокоточное со- и интегрированных пассивных компо- вмещение шаблонов при формировании нентов. Растущее число компонентов предельно малых топологических эле- и увеличение сложности конструкций ИС ментов. Растет необходимость координа- требует удлинения цикла тестирования ции деятельности различных участников и использования более объемных тестов. информационно-технологического обме- Отраслевые специалисты полагают, что на по вопросам спецификаций, допусти- необходимо расширить практику тести- мых погрешностей и бюджетов ошибок. рования на ранних этапах производства Таким образом, проблема изменчивости электронных компонентов. параметров актуальна по всей цепочке поставок – от выбора материалов и обо- Михаил Макушин, рудования до проектирования, производ- главный специалист отдела научно- ства и окончательного тестирования. технического планирования РЭП 2 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019
ПРОРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
МИКРО- И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Вопросы снижения
уровня дефектности
полупроводниковых приборов
Ключевые слова: надежность, «нулевая дефектность», полупроводниковые приборы, срок службы,
цепь поставок.
Надежность полупроводниковых приборов постепенно становится высшим
приоритетом в широком диапазоне рынков по конечному применению, среди ко-
торых максимальными темпами развития отличаются автомобильная и промыш-
ленная электроника, облачные вычисления. В перспективе повышение надеж-
ности позволит отказаться от замены ИС каждые 2–4 года, при этом некоторые
из приборов, как ожидается, смогут работать до 20 лет даже при интенсивном
использовании, иногда и в экстремальных условиях окружающей среды.
Увеличение сроков службы и исполь- если в США и Европе самоуправляемые
зование конструкций с меньшими тополо- автомобили могут использовать доступ-
гическими нормами стимулируют исполь- ные средства и сети 5G, то в КНР об-
зование новых подходов. Наблюдаемый ласть данных централизована так, что
сдвиг в приоритетах отражается на всей 5G-системы так же критичны, как и ком-
цепочке поставок электроники, от обе- муникационные системы собственно ав-
спечения необходимой чистоты матери- томобиля.
алов и выбора оптимальной архитектуры Кроме того, одним из основных тре-
до верификации, производства, тестиро- бований стандарта ISO 26262 является
вания, постпроизводственной верифи- амортизация отказов, т.е. заложенная
кации и мониторинга. При этом произ- в конструкцию системы возможность вы-
водительность, потребляемая мощность полнять (хоть и не в полном объеме) свои
и занимаемая площадь (performance, функции при появлении аппаратных или
power and area, PPA) не только остаются программных ошибок. Это требует либо
критическими факторами, но и должны избыточности системы, что увеличивает
оставаться неизменными в течение всего (чаще удваивает) стоимость электроники,
предполагаемого срока службы прибора. либо возможности использовать другие
Кроме того, в этой «формуле» появляют- схемы, изначально не предназначенные
ся новые факторы – прежде всего надеж- для выполнения данной работы. Таким
ность. Последняя все чаще определяется образом, например, информационно-раз-
общей надежностью системы, которая, влекательная система, не считающаяся
в свою очередь, во многих случаях под- критически важной при проектировании,
разумевает «систему систем» и может может в чрезвычайной ситуации выпол-
варьироваться от региона к региону. Так, нять критические функции. Но не все
4 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019
Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
так просто. Так, по данным одного из ис- мобилей в сутки. У BMW, применяющей
следований фирмы J. D. Power (2017 г.), вдвое меньше электронных компонен-
категория аудиотехники, средств связи, тов, но производящей ежедневно 10 тыс.
информационно-развлекательного обо- машин, возможно появление 54 брако-
рудования и навигации (ACEN) в авто- ванных автомобилей в сутки. И дальше
мобильной электронике стала самой будет хуже, так как доля электронной
проблематичной с точки зрения каче- составляющей в цене автомобиля рас-
ства – на нее приходится 22% жалоб тет. По оценкам фирмы Optimal+, в бли-
в этом плане. J. D. Power отмечает, что жайшее время на электронику будет
в 2018 г. ситуация не изменилась. приходиться 35% стоимости машины,
В соответствии с этими данными из- а с широким распространением авто-
готовители комплектного оборудования номных транспортных средств к 2030 г.
(ОЕМ) автомобилей в 2018 г. начали этот показатель достигнет уровня в 50%
предъявлять к электронным компонен- (а может быть, и превысит его). Но это
там требование безотказной работы только приблизительные оценки, так как
(zero failures) в течение 18 лет (рис. 1). реальных данных по компонентам, кото-
Отчасти оно связано с тем, что в слу- рые будут использоваться в автомоби-
чае повторяющихся отказов потреби- лях, просто нет.
тели с меньшей вероятностью купят Действительно, в 1995 г. производи-
свой следующий автомобиль у той же тели автомобилей в основном использо-
фирмы. Проблема усугубляется тем, вали полупроводниковые приборы, изго-
что число используемых в автомобилях товленные по зрелым технологиям (т. е.
ИС и электронных компонентов быстро не с самыми малыми топологическими
растет. Так, например, корпорация Audi нормами). Они применялись в радио-
в своих автомобилях класса люкс ис- приемниках или электроприводах подъ-
пользует около 7 тыс. полупроводнико- ема–опускания дверных стекол, т. е.
вых приборов, выпуская порядка 4 тыс. в относительно простых системах. Те-
машин в сутки. Соответственно, отказ перь же в автомобилях используются ИС
одной детали или узла на миллион при- и другие полупроводниковые приборы,
водит к появлению 24 дефектных авто- изготовленные по новейшим технологи-
Стандартное распределение источников отказов электронного управляющего устройства (ECU)
10 случаев Отказ ECU
на миллион 0 10
Дефектная конструкция
или ПО Дефектность серийного
производства или плохие
7 материалы
Электронные
компоненты (ЕК) 3 0
Завод по производству
Логистика
ECU
7 0
Механические
повреждения…+
Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники ям, чаще всего с минимальными топо- В случае с 7/5-нм технологиями такой логиями. Это необходимо, в частности, опыт отсутствует, и какими будут откло- для реализации всех заложенных в пер- нения от заявленных параметров, неиз- спективных системах помощи водителю вестно. Требуется глубокое понимание (ADAS) параметров. Другими словами, как на уровне системы, так и на уровне о комфортном использовании зрелых ИС, а также достаточный объем данных, технологий с пятилетним (в среднем) на основании которых можно сделать сроком эксплуатации в других примене- выводы о местах и причинах возникнове- ниях, по которым уже известны режимы ния проблем. По мнению специалистов сбоев и выявлены проблемы примене- корпорации ASIC Delta, изготовителям ния, можно забыть. Никто не знает, на- как автомобилей, так и автомобиль- сколько стабильны приборы, созданные ной электроники нужна уверенность по новейшим технологиям, и какие про- в том, что после входящего контроля ИС блемы (в приложении к автомобиль- и электронные компоненты будут надеж- ной промышленности) им свойственны. но и устойчиво работать в течение всего Эксперты других фирм подтверждают срока службы, несмотря на неизбежные выводы специалистов Optimal+. Так, ис- старение и износ. В автомобильной про- следователи фирмы DFR Solutions под- мышленности требования к надежности черкивают, что обычно для выявления ИС существенно выше, чем у произво- всей проблематики новой технологии дителей потребительской электроники, требуется ее обкатка в течение 6–7 лет. так как речь идет о безопасности людей. КОРПУСИРОВАНИЕ И ТЕСТИРОВАНИЕ Одна из причин возникновения от- Действительно, сложностей много. казов автомобильных ИС и полупровод Появляются интегрированные пассив- никовых приборов – корпусирование ные приборы, тестируемые в составе в стандартные пластиковые или кера- модуля. Ранее полупроводниковые при- мические корпуса, которые, по мнению боры поставлялись «россыпью» – от- отраслевых специалистов, выбираются дельно процессор, отдельно память, прежде всего из соображений миними- отдельно пассивные компоненты. При зации стоимости. Однако ситуация по- этом интегрированные пассивные при- степенно меняется, в частности из-за боры обычно тестировались до разме- того, что автомобильная промышлен- щения в корпусе модуля. Индукторы, ность начинает использовать инстру- конденсаторы и резисторы изготавли- ментальные средства проектирования, вались и тестировались на уровне пла- которые многие годы применялись при стины, что при высокой производитель- создании перспективных конструкций ности линии в условиях крупносерийного полупроводниковых приборов. При производства – дело нелегкое. В услови- этом проявляются определенные раз- ях применений в автомобильной и про- рывы в опыте производителей ИС, ра- мышленной электронике к трудностям нее не работавших специально на ав- тестирования относятся (при оценке) томобильную промышленность, а также смещение температурной нестабильно- производителей автомобилей и автомо- сти и полное сопротивление смещения. бильных ОЕМ, не имеющих опыта рабо- Обычно пассивные компоненты тестиру- ты с некоторыми аспектами проектиро- ются индивидуально, но в приложениях вания и производства ИС по передовым с повышенными требованиями к обе- топологическим нормам. Обе стороны спечению безопасности или предназна- изо всех сил пытаются закрыть эти раз- ченных для работы в жестких условиях рывы, но в ряде случаев простых реше- окружающей среды пассивные компо- ний нет. ненты должны тестироваться группами, 6 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019
Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
при близком расположении друг к дру- что сортировки пластин и заключитель-
гу, – для предотвращения электроме- ного тестирования более не достаточно.
ханической связи. Возможностей суще- Фирмы-производители новейших ИС
ствующего оборудования тестирования все больше полагаются на тестирова-
хватает для реализации задачи, но этот ние системного уровня, и поставщикам
подход достаточно длителен и дорог. Ис- средств тестирования приходится это
пользование в автомобильных приме- учитывать, добавляя в свои средства
нениях ИС с топологиями 7/5 нм суще- дополнительный этап тестирования си-
ственно обостряет проблему. стемного уровня, а также применяя ме-
Таким образом, длительность цикла тоды глубокого обучения, относящиеся
тестирования увеличивается, сами те- как к аппаратному, так и к программ-
сты становятся более объемными. На то- ному обеспечению. Более того, стан-
пологиях порядка 7/5 нм применяется дартные подходы к тестированию уже
большее число транзисторов, при этом не решают всех задач, соответственно,
все они должны пройти тестирование, возникает необходимость оснащать со-
а многие поставщики соответствующего временные и перспективные ИС доста-
оборудования находятся на начальном точными возможностями встроенного
этапе доведения методик тестирования самотестирования. И, наконец, и ап-
до приемлемого уровня. паратное, и программное обеспечение
С увеличением сложности конструк- требует функционального тестирования,
ций ИС удлиняется цикл тестирования показывающего, разработана ли ИС
в целом. Сложность возросла настолько, в соответствии со спецификациями.
ПЛАНИРОВАНИЕ ОТКАЗОВ
Независимо от того, насколько стро- но параметров изготовленных изделий,
гие требования по дефектности предъяв- при этом возможные отклонения могут
ляют ОЕМ и поставщики первого уровня оказаться внутри заданных контроль-
и какие меры по борьбе с дефектностью ных границ или спецификаций. В этом
применяются, некоторое количество от- случае поиск дефектов подобен поис-
казов неизбежно. Износ электроники ку иголки в стоге сена. Первым шагом
происходит по различным причинам. будут получены данные. Далее необхо-
Возникновение дефектов, ведущих к от- димо понять, что они означают, после
казам, может быть связано с ошибками чего вернуться к процессу и уточнить,
при проектировании, вызванными изме- лежит ли обнаруженное явление в допу-
нениями, вносимыми в конструкцию «в стимых рамках или все же выходит за их
последнюю минуту» (такие изменения пределы.
не всегда до конца продуманы и могут Более того, не всегда можно опреде-
не согласовываться со всеми элемен- лить, что является катастрофическим
тами конструкции). К другим распро- дефектом, а что – нет. Некоторые скры-
страненным причинам возникновения тые дефекты никогда не вызовут сбоев,
дефектов можно отнести попадание за- в то время как другие, менее очевидные,
грязняющих частиц в тонкие пленки или способны перерасти в более серьезные
нестабильность либо недостаточную проблемы при изменении условий окру-
чистоту газового потока при операциях жающей среды или в случае избыточной
травления. Кстати, уже накопилось до- вибрации (рис. 2).
статочно много исследований послед- Исходя из этого наряду с усилиями
ствий попадания на 7-нм транзистор слу- по выявлению и предотвращению воз-
чайной (блуждающей) альфа-частицы. можных последствий проявления скры-
Обычно в течение производственного тых дефектов принимаются меры для
дня собирается статистика относитель- решения проблемы при ее возникнове-
Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019 7
Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
Потенциальный скрытый
Катастрофический
Катастрофический дефект дефект надежности
дефект
Потенциальный скрытый дефект надежности Не катастрофический дефект
Источник: KLA
Не катастрофический дефект
Рисунок 2. Сопоставление потенциального и катастрофического дефектов
нии. Так, помимо повышения надежно- Различные автомобильные электрон-
сти разрабатываются решения, обеспе- ные компоненты характеризуются различ-
чивающие легкую замену компонентов. ной временной интенсивностью отказов.
Сложность – общий параметр старе- Если для компонентов потребительской
ния любой электронной системы. Поми- электроники (в данном случае – автомо-
мо этого у различных технологий суще- бильной информационно-развлекатель-
ствуют собственные наборы параметров, ной аппаратуры) уровень качества опре-
влияющих на ускорение старения (из- деляется как 100 FIT, то для критических
носа), например температура и напря- с точки зрения обеспечения безопасно-
жение. Действительно, если устройство сти компонентов этот уровень опускается
рассчитано на работу при напряжении до 0,1 FIT. Соответственно, моделирова-
12 В (от автомобильного аккумулято- ние длительности службы автомобиль-
ра), то его эксплуатация при напряжении ных ИС и полупроводниковых приборов
в 24 В существенно сократит срок служ- должно осуществляться в зависимости
бы. Ускорить износ электронных систем от классификации конечной электронной
и компонентов способны самые разные системы, в которой они применяются.
параметры: влажность, механические К электронным устройствам автомоби-
воздействия и т. п. ля, не являющимся критически важными
Опираясь на эти параметры, можно для обеспечения безопасности, относится
моделировать срок службы компонен- (помимо информационно-развлекатель-
тов. Чем больше компонентов при этом ной аппаратуры), в частности, электро-
используется, тем короче процесс мо- ника контроля уровня зарядки аккумуля-
делирования, особенно при «пожизнен- торов. При моделировании надежности
ном» моделировании из расчета сро- электронных компонентов для вычисле-
ка службы компонента в 20 лет. В этом ния воздействия различных факторов
случае применяется единица измерения на ускорение их износа обычно исполь-
интенсивности отказов FIT (failures per зуют уравнение Аррениуса, устанавлива-
interval of time), подразумевающая один ющее зависимость константы скорости
отказ на 109 часов наработки. химической реакции от температуры.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Насколько хорошо будут работать а также насколько точным может быть
автомобильные электронные компо- моделирование этого процесса с ис-
ненты в течение всего срока службы, пользованием метода ускорения из-
8 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
носа, сказать трудно. В процессе экс- приборов, а с другой – производителями
плуатации автомобиля проявляются автомобильной электроники и автомо-
не только известные факторы, но и те, билей. Именно такой подход существен-
появление которых трудно предсказать. но повышает вероятность предсказания
Кроме того, проектирование и произ- различных неисправностей и отказов
водство ИС по новейшим технологи- и обнаружения катастрофических де-
ческим процессам с использованием фектов.
минимальных топологических норм так- Критические для безопасности при-
же характеризуется множеством пере- менения потребуют дополнительных эта-
менных – от изменчивости собственно пов тестирования и лучшего понимания
технологических процессов (проектиро- механизмов возникновения и проявле-
вания и особенно производства) до воз- ния дефектов. Отраслевые специалисты
никновения по различным причинам полагают, что необходимо расширить
мельчайших дефектов. Главное – пра- практику тестирования на ранних этапах
вильно понять и оценить все эти пере- производства электронных компонентов
менные, а затем грамотно использовать для автомобильных систем. Во многом
весь объем знаний, накопленных, с од- это мотивируется предстоящим перехо-
ной стороны, проектировщиками и про- дом к расширению использования авто-
изводителями ИС и полупроводниковых номных транспортных средств.
Sperling Ed, Rambo Susan. Reliability Becomes the Top Concern in Automotive. Semiconductor Engineering,
February 12, 2019: https://semiengineering.com/reliability-becomes-the-top-concern-in-automotive/
GaN-приборы и технологии:
перспективы рынка,
патентная среда
Ключевые слова: портфель патентов, РЧ GaN-ИС, СФ-блоки, тенденции развития, экосистема.
Как ожидается, индустрия радиочастотных GaN-приборов в период 2017–
2023 гг. продемонстрирует впечатляющие темпы роста в сложных процентах
(CAGR). Движущими факторами станут телекоммуникационное оборудование
и средства и системы военного назначения. По итогам 2017 г. продажи на данном
рынке приблизились к 400 млн долл., а в 2023 г. они могут превысить миллиард
долларов. Также ожидаются изменения в расстановке сил и составе поставщиков.
Производство радиочастотных по- (г. Лион, Франция) CAGR в период меж-
лупроводниковых приборов на основе ду 2017 и 2023 г. составит 23%, что обу
нитрида галлия (GaN) демонстрирует словлено главным образом спросом
впечатляющий рост – по данным иссле- со стороны производителей телекомму-
довательской фирмы Yole Développement никационного оборудования и систем
Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019 9Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ: CREE INC.
Cree Inc. – американский производитель мощ-
ных полупроводниковых СИД, осветительных при-
боров и изделий для применения в энергетике и РЧ-
приложениях.
Дата основания: 1987 г.
Штаб-квартира: г. Дарем, шт. Северная Каролина, США.
Численность сотрудников (2015 г.): 6387 чел.
Валовый доход (2018 г.): 1,493 млрд долл.
Операционный доход (2015 г.): 124 млн долл.
Большинство продуктов компании реализу- ковых технологий. Корпорация сотрудничает
ется на основе карбида кремния (SiC). Это со- с ведущими мировыми проектировщиками
единение редко встречается в природе, но Cree с целью создания более быстродействующих,
успешно синтезирует его в промышленных компактных, легких и мощных электронных
объемах, пользуясь результатами собствен- систем.
ных лабораторных исследований. SiC обеспе- В настоящее время Cree производит высо-
чивает более высокую производительность ковольтные SiC диоды Шоттки с напряжением
в приложениях, где требуется высокая износо- от 300 до 1200 В и током до 20 А по технологии
стойкость, и в полупроводниковых приборах, Zero Recovery™ (с нулевым временем обратно-
работающих при высоких температурах и на- го восстановления), СВЧ полевые транзисторы,
пряжениях. Создание надежного производства а также кристаллы для СИД и полупроводнико-
высококачественного SiC позволило корпо- вых лазеров синего и ультрафиолетового диа-
рации расширить свою деятельность на ряд пазона. GaN-транзисторы с высокой подвиж-
сегментов рынка, где требуются приборы по- ностью электронов (HEMT) и монолитные СВЧ
вышенной производительности и эффектив- ИС (MMIC) от Cree/Wolfspeed предоставляют
ности. больше частотных диапазонов, чем продук-
Входящая в Cree фирма Wolfspeed – один ция других производителей. Приборы имеют
из немногих поставщиков наиболее проверен- большую дальность обнаружения, улучшенное
ных SiC- и GaN-решений в области энергетики распознавание цели и более долгий срок служ-
и РЧ-применений. Cree/Wolfspeed лидирует бы, чем устаревшая технология ламп бегущей
в области широкополосных полупроводни- волны.
военного назначения, ищущих иннова- стигнет отметки более 1,3 млрд долл.
ционные технологии. РЧ-приборы на ос- с учетом изменений в составе действую-
нове GaN отвечают их требованиям. щих на данном рынке игроков.
К концу 2017 г. общий объем рынка РЧ Основным рынком конечного приме-
GaN-приборов составил около 380 млн нения РЧ GaN-приборов остаются систе-
долл., и ожидается, что в 2023 г. он до- мы военного назначения, поскольку эти
10 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
приборы соответствуют специализиро- и «GaN-на-кремнии»), РЧ полупровод
ванным требованиям к высоким эксплу- никовым приборам (включая транзисто-
атационным характеристикам, а также ры с высокой подвижностью электро-
отличаются низкой чувствительностью нов – HEMT и биполярные транзисторы
к ценам. В 2017–2018 гг. на долю систем на гетероструктурах – HBT), интеграль-
военного назначения пришлось более ным схемам (включая РЧ ИС и монолит-
35% всего рынка РЧ GaN-приборов, при ные СВЧ ИС – MMIC), технологиям кор-
этом нигде в мире не наблюдается при- пусирования и методам эксплуатации.
знаков замедления. Данный сегмент Основными типами приборов, охвачен-
рынка GaN-приборов будет продолжать ных исследованием, стали РЧ усилите-
расти параллельно с общим ростом ис- ли мощности, РЧ переключатели и РЧ
пользования GaN-технологии в других фильтры для частот от 6 ГГц
секторах [1]. по СВЧ-излучению и >20 ГГц для милли-
Недавно фирма KnowMade, партнер метровых волн [2].
Yole Développement, произвела иссле- РЧ GaN-технология уже признана
дование патентной среды, связанной ведущими производителями как одна
с РЧ-технологиями и приборами на ос- из ключевых в основных областях ее
нове GaN. Для этого были отобраны применения. Ведущие игроки рынка бы-
и проанализированы более 3750 па- стро увеличивают свои доходы, и эта
тентов (сгруппированных в более чем тенденция в ближайшие годы сохранит-
1700 семейств патентов-аналогов), ся. Что касается интеллектуальной соб-
опубликованных по всему миру до ок- ственности (сложные функциональные
тября 2018 г. Эти патенты относятся блоки) в экосистеме РЧ GaN-технологии,
к РЧ GaN эпитаксиальным пластинам то здесь доминируют американские
(включая пластины типа «GaN-на-SiC» и японские фирмы [1].
АМЕРИКАНСКИЕ И ЯПОНСКИЕ ФИРМЫ
ДОМИНИРУЮТ В ОБЛАСТИ СФ-БЛОКОВ,
ОТНОСЯЩИХСЯ К РЧ GAN-ТЕХНОЛОГИИ
Самым устойчивым положением риканские корпорации Intel и MACOM.
в области РЧ GaN СФ-блоков обла- Другие фирмы, действующие на рынке
дает американская корпорация Cree/ РЧ GaN-технологий, такие как Qorvo,
Wolfspeed (рис. 1), особенно по GaN Raytheon, Northrop Grumman, NXP/
HEMT на SiC-подложках. Лидер рын- Freescale и Infineon, имеют некоторые
ка РЧ GaN-приборов, японская фирма ключевые патенты, но при этом не обя-
Sumitomo Electric, также имеет хорошие зательно занимают сильные позиции
позиции в области интеллектуальной в сфере интеллектуальной собственно-
собственности, но значительно отстает сти. Ведущие китайские игроки в данной
от Cree. Кроме того, Sumitomo Electric области – China Electronics Technology
замедляет свою патентную активность, Group Corporation (CETC) и Сианьский
в то время как другие японские фирмы, университет науки и техники, специ-
такие как Fujitsu, Toshiba и Mitsubishi ализирующиеся на РЧ GaN-технологиях
Electric, увеличивают число патентных в области СВЧ- и миллиметровых при-
заявок, стремясь расширить и укре- менений. Три года назад в сферу па-
пить свои патентные портфели. Одна- тентования СФ-блоков для РЧ GaN-
ко наибольшую активность по заявкам технологий вошел новый кремниевый
на получение патентов в сфере РЧ завод HiWafer. К настоящему времени
GaN-технологий (особенно по техноло- он стал одним из самых серьезных ки-
гии «GaN-на-кремнии») проявляют аме- тайских игроков на этом поле.
Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019 11Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
Высокий
Уровень устойчивости патентного портфеля
Источник: RF GaN2019 – Patent landscape Analysis report, Know, 2019
Средний
Cистема показателей:
• Размер патентного портфеля
• Текущий правовой статус патента
Низкий • Географический охват портфеля
• Вклад предшествующего уровня техники
• Оставшийся срок действия патента
Рисунок 1. Основные игроки в области РЧ GaN СФ-блоков по емкости патентных портфелей
HEMT НА ОСНОВЕ GAN ДЛЯ РАДИОЧАСТОТНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ
Корпорация Cree/Wolfspeed занима- ет наибольшую активность как патент-
ет ведущие позиции по GaN HEMT СФ- ный заявитель и намерена в ближайшие
блокам для РЧ-применений, особенно годы укрепить свои позиции в области
в области технологии «GaN-на-кремнии», СФ-блоков, особенно в отношении техно-
значительно опережая своих основных логии «GaN-на-кремнии». Новые участ-
конкурентов – Sumitomo Electric и Fujitsu. ники сферы патентования РЧ GaN HEMT
Анализ портфеля соответствующих па- в основном представлены китайскими
тентов Cree показывает, что корпорация фирмами, такими как HiWafer, Sanan IC
может эффективно ограничивать па- и Beijing Huajin Chuangwei Electronics.
тентную деятельность и контролировать Другие заметные «новички» – тайвань-
свободу работы в этой области других ские TSMC и Wavetek Microelectronics,
фирм в большинстве стран. Intel, кото- южнокорейские Wavice и Gigalane, япон-
рая позже вошла в патентную систему ская Advantest, а также американские
GaN HEMT, в настоящее время проявля- MACOM и ON Semiconductor.
ПОДЛОЖКИ ТИПА «GAN-НА-КРЕМНИИ» ДЛЯ РЧ-ПРИМЕНЕНИЙ
При проведении патентного исследо- патентообладателями являются корпора-
вания специалисты фирмы KnowMade ции Intel и MACOM, за которыми следу-
столкнулись с рядом интересных момен- ют Sumitomo Electric, Infineon, Panasonic,
тов. Во-первых, далеко не во всех патентах HiWafer, CETC, Fujitsu и Mitsubishi Electric.
указывается конкретная подложка-носи- Кроме того, значительная часть патент-
тель слоя GaN. Во-вторых, с 2011 г. число ных заявок посвящена двум вопросам:
заявок на патенты, относящиеся к техно-
логии «GaN-на-кремнии» постоянно уве- ■ подавлению слоя паразитного канала,
личивается (рис. 2). В-третьих, основными формирующегося близ поверхности
12 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
«GaN- - » «GaN- -SiC» , GaN-
»)
40 300
17% , GaN- ,
- GaN SiC
35
-
«GaN- - » - – 147
250
GaN)
«GaN-
«GaN- -SiC» - – 149
30
(
«GaN- -
200
-SiC»
»
25 GaN 2011 .
-
(«GaN-
20 150
15 GaN
100
-
-
10
50
5
Источник: KnowMade
0 0
Рисунок 2. Динамика патентных публикаций, относящихся к РЧ-применениям на основе «GaN-на-
кремнии» и «GaN-на-SiC»
Примечание: Данные за 2018 г. неполные, так как патентное исследование было завершено в октябре 2018 г.
кремниевой подложки и неблагопри- ■ корпусированию приборов типа «GaN-
ятно влияющего на высокочастотные на-кремнии» и управлению тепловым
характеристики; режимом.
GAN МОНОЛИТНЫЕ СВЧ ИС
Заявки на патенты по GaN MMIC следние патенты Toshiba относятся
к настоящему времени подали более к корпусированию GaN MMIC, а также
30 фирм. Наиболее обширными патент- к инновациям, обеспечивающим воз-
ными портфелями обладают корпора- можность поддерживать и выдерживать
ции Toshiba и Cree/Wolfspeed (рис. 3), напряжения, необходимые для работы
при этом у Cree самые сильные пози- МДМ-конденсаторов при уменьшении
ции, но Toshiba, приступившая к патен- их размеров и масштабировании MMIC
тованию GaN MMIC позднее, демон- в целом. Основными «новичками» в об-
стрирует бóльшую активность в подаче ласти подачи заявок на патенты по GaN
заявок на патенты. Если эта тенденция MMIC являются китайские фирмы Tiger
в ближайшие годы сохранится, Toshiba Microwave и Beijing Huajin Chuangwei
сможет выйти на первое место. По- Electronics.
РЧ GAN УСИЛИТЕЛИ, ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ, ФИЛЬТРЫ
В области патентов и заявок на па- theon и Sumitomo Electric. Корпорация
тенты по РЧ GaN усилителям мощно- MACOM, вышедшая в данную сферу
сти первое место занимает корпорация позднее, выделяется активностью в по-
Cree/Wolfspeed. За нею следуют Toshi- даче патентных заявок. Максимальную
ba, Fujitsu, Mitsubishi Electric, Qorvo, Ray- активность в подаче патентных заявок
Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019 13Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
Чем больше у заявителя,
испрашивающего патент,
полученных патентов и патентных
заявок вместе взятых, тем
устойчивее его лидерство в области
СФ-блоков. Размер шаров
Число выданных патентов
соответствует числу патентов,
отобранных для исследования.
ов
ок
бл
СФ-
ти
лас
об
ов
рств
де
Ли
Источник: KnowMade
Число заявок на патент, находящихся на рассмотрении
Рисунок 3. Лидерство в области патентов на СФ-блоки GaN монолитных СВЧ ИС
на РЧ GaN переключатели проявляет числе патентных заявок в качестве эпи-
корпорация Intel, а самым примечатель- таксиального слоя указываются нитри-
ным новым участником данного секто- ды металлов III группы. В настоящее
ра стала компания Tagore Technology время крупнейшая доля патентных за-
(г. Арлингтон-Хайтс, шт. Иллинойс). явок по РЧ GaN фильтрам приходится
В области РЧ фильтров во все большем на корпорацию Intel.
КОРПУСИРОВАНИЕ РЧ GAN-ПРИБОРОВ
Самым заметным игроком в обла- полупроводниковых усилителей и MMIC.
сти интеллектуальной собственности Также большую активность в данном
на корпусирование РЧ GaN-приборов яв- секторе демонстрируют Cree/Wolfspeed,
ляется корпорация Toshiba. Особое вни- Infineon, Sumitomo Electric, NXP/Freescale,
мание она уделяет корпусированию РЧ MACOM, Mitsubishi Electric [2].
ВЫВОДЫ
Как показывают исследования, GaN- других секторах, имеющих большое зна-
приборы и технологии демонстрируют чение для систем военного назначения
устойчивый потенциал развития. Во мно- и средств и систем связи, растущую ак-
гих сегментах данного сектора безуслов- тивность демонстрируют китайские из-
ное лидерство принадлежит американ- готовители и научно-исследовательские
ской корпорации Cree. Как и во многих учреждения.
1. RF GaN IP Landscape: Who Is Playing the Game? I-Micronews Magazine, February 13, 2019: https://
www.i-micronews.com/rf-gan-ip-landscape-who-is-playing-the-game‑2/ 2. RF GaN Patent Landscape. Know-
Made, February 2019: https://www.knowmade.com/downloads/rf-gan-patent-landscape/
14 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
Перспективы развития
технологий ведущих поставщиков
логики и кремниевых заводов
Ключевые слова: кремниевый завод, логика, микроэлектроника, опытное и серийное
производство, технологический процесс.
Современный уровень развития технологических процессов поставщиков ло-
гики и услуг кремниевых заводов связан с появлением значительного числа ва-
риаций базовых процессов. Такой подход призван удовлетворять потребителей
с разными запросами (низкая и ультранизкая потребляемая мощность, высокая
производительность, малая площадь кристалла и т. п.). Кроме того, если одни
фирмы продолжают масштабировать свои процессы (Intel, TSMC, Samsung),
другие предпочитают глубокую модернизацию уже имеющихся (GlobalFoundries)
с целью снижения издержек.
Дальнейшее развитие микроэлектро- Lake-S (иногда Coffee Lake Refresh).
ники зависит от способности изготови- По заявлению специалистов Intel, эти
телей ИС продолжать наращивать про- процессоры представляют собой совер-
изводительность и функциональность шенно новое поколение, в то время как
своих приборов, оставаясь в рамках при- многие отраслевые специалисты рас-
емлемых для заказчиков цен. По мере сматривают их как усовершенствован-
того как основные КМОП-процессы до- ные изделия восьмого поколения. Пока
стигают своих теоретических, практиче- Intel опубликовала слишком мало инфор-
ских и экономических пределов, сниже- мации об этих процессорах, но, по всей
ние удельной стоимости ИС (на функцию видимости, они изготовлены по расши-
или по производительности) становится ренной версии процесса 14 нм++, кото-
особенно важной и сложной задачей. рый можно рассматривать как процесс
«Полный анализ и прогноз развития 14 нм+++.
микроэлектроники» (McClean Report – В 2019 г. планируется наращивать
A Complete Analysis and Forecast of the крупносерийное производство по 10-нм
Integrated Circuit Industry), выпущенный процессу нового семейства процессоров
в январе 2019 г. корпорацией IC Insights Sunny Cove, представленного в декабре
(г. Скотсдейл, шт. Аризона, США), пока- 2018 г. Похоже, что архитектура Sunny
зывает, что разнообразие предлагаемых Cove фактически заняла место архитек-
фирмами-изготовителями технологиче- туры Cannon Lake (10-нм процесс), кото-
ских процессов, ориентированных на ло- рую ранее предполагалось реализовы-
гические приборы, сегодня больше, чем вать в 2019 г. Ожидается, что в 2020 г.
в любой предшествующий период (см. в массово-поточном производстве нач-
рисунок). При этом регулярно появляют- нет осваиваться технологический про-
ся расширенные вариации базового про- цесс 10 нм+.
цесса. TSMC. Этот крупнейший в мире крем-
Intel. Кодовое наименование процес- ниевый завод начал массовое произ-
соров девятого поколения корпорации, водство ИС по 10-нм процессу в конце
представленных в конце 2018 г., – Coffee 2016 г., но быстро перешел на 7-нм про-
16 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
Источник: данные компаний, материалы конференций, IC Insights
Маршрутная карта развития технологических процессов производителей логики и кремниевых за-
водов (поточно-массовое производство)
Примечание 1. Понятия «поколение технологического процесса» и «начало массового производства» у различных про-
изводителей могут отличаться из маркетинговых соображений, поэтому точки перехода на новую технологию указаны
ориентировочно.
Примечание 2. Знаками «+» и «++» после минимальных топологических норм технологического процесса обозначены
расширенные версии базового процесса. Как правило, первые («+») расширенные версии предлагают экономию зани-
маемого на плате места и сниженную потребляемую мощность. Они в основном ориентированы на мобильную технику.
Вторые расширенные версии («++») предлагают как высокую производительность, так и малую потребляемую мощность
и ориентированы на ИС для старших (наиболее производительных) моделей различных конечных электронных систем.
цесс. Специалисты корпорации считают, зоваться шире – с ее помощью будет
что 7-нм технологическое поколение бу- формироваться до 14 слоев.
дет обладать таким же длительным ци- Samsung. В начале 2018 г. корпора-
клом использования в производстве, как ция Samsung начала массово-поточное
28-нм и 16-нм процессы. производство ИС по второму поколе-
Фирменный процесс с использова- нию 10-нм процесса (10LPP1). В конце
нием 5-нм топологий находится в ста- 2018 г. Samsung представила третье
дии разработки. Опытное производство поколение 10-нм процесса – 10LPU
запланировано на первое полугодие (версия со сверхмалой потребляемой
2019 г., а массово-поточное – на 2020 г. мощностью), обеспечивающее дальней-
В данном процессе будет применять- шее повышение производительности.
ся литография предельной УФ-области На уровне 10-нм технологий Samsung
спектра (EUV, длина волны излучения использует методику тройного форми-
13,5 нм). Однако первым процессом, рования рисунка (triple patterning). В от-
в котором будет использоваться EUV- личие от TSMC, корпорация предпола-
литография, станет усовершенство- гает, что ее 10‑нм семейство процессов
ванная версия 7-нм процесса – 7 нм+ (включая 8-нм производные процессы)
(со II кв. 2019 г.). В этой версии приме- будет обладать длительным сроком ис-
нение EUV будет ограничено четырьмя пользования.
критическими слоями. В рамках 5-нм Опытное производство ИС по 7-нм
процесса EUV-литография будет исполь- технологии корпорация Samsung нача-
Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019 17Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА
иммерсионной литографии. С появлением
на рынке технологического оборудования EUV-
литографии появилась возможность заменить
его на метод прямого переноса изображения,
и у производителей теперь встает только эко-
номический вопрос: или покупать дорогой
EUV-сканер, или использовать иммерсионную
литографию с бόльшим числом этапов лито-
графий и более длительным циклом произ-
водства.
С точки зрения методов формирования
транзисторных структур для всех технологий
начиная с 16 нм и менее используются прин-
цип заменяемого металлического затвора RMG
(начал использоваться с 28 нм), структура
FinFET-транзистора (используется с 16 нм), си-
лицидирование контактов Ni (начало исполь-
зоваться для 65 нм), формирование медной
металлизации методом двойного дамасцена
(начал использоваться с 130 нм, а для уровня
5 нм и менее рассматривается применение Rb
В настоящее время повышение функцио- в качестве материала металлизации).
нальности приборов обеспечивается мировыми Если говорить о технологиях в целом,
производителями скорее за счет эволюционных то можно рассматривать два направления: объ-
решений, чем революционных. Так, одним из ос- емный кремний и обедненный кремний или
новных трендов является применение принципов FD-SOI (развивают GF, STM и Samsung). Пре-
2D- и 3D-сборки с применением интерпозеров имущества технологии FD-SOI заключаются
и TSV, которые были разработаны еще 8–10 лет в возможности получения для элементной базы
назад, а свое развитие получили лишь после характеристик, сравнимых с характеристиками
того, как было разработано технологическое ЭКБ на объемном кремнии, но с меньшими то-
оборудование, поддерживающее эти конструк- пологическими размерами. Так, по характери-
тивно-технологические исполнения и позволя- стикам элементной базы процесс 22 нм FD-SOI
ющее организовать их серийное производство. сравним с процессом 14 нм на объемном крем-
Что касается повышения функциональ- нии. Однако основным недостатком примене-
ности приборов на уровне чипов, то опять же ния технологии FD-SOI является бόльшая слож-
до технологического уровня 10–5 нм исполь- ность проектирования и существенно меньшее
зуют решения, которые начали применяться количество доступных на рынке IP-блоков.
6–10 лет назад. Например, принцип мульти-
паттернирования начал использоваться для Павел Игнатов, директор по развитию
технологического уровня 28 нм и менее для технологий АО «НИИМЭ»
того, чтобы обойти физические ограничения
ла в октябре 2018 г. При этом был про- ному применению EUV-литографии, ко-
пущен этап иммерсионной литографии торая используется для формирования
и осуществлен переход к непосредствен- 8–10 слоев.
18 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019Прорывные технологии микро- и радиоэлектроники
GlobalFoundries. Корпорация рассма- на развитии и совершенствовании 14-нм
тривает свой 22-нм FD-SOI (полностью и 12-нм FinFET-процессов и фирменной
обедненный «кремний-на-изоляторе», FD-SOI-технологии.
22FDХ) процесс как дополняющий и рас-
ширяющий возможности фирменной ***
14‑нм FinFET-технологии. Утверждается,
что платформа 22FDX обеспечивает про- В течение последних 50 лет микроэ-
изводительность, очень близкую к про- лектроника достигла значительных успе-
изводительности 14-нм FinFET-процесса, хов в повышении производительности
но при этом производственные издержки как производства, так и собственно ИС.
остаются на уровне 28-нм технологии. Хотя отрасль уже преодолела многие
В августе 2018 г. GlobalFoundries су- стоявшие перед ней проблемы, по мере
щественно поменяла стратегию раз- дальнейшего развития появляются но-
вития – остановила разработку 7-нм вые, все более сложные. Несмотря
процесса из-за огромных затрат на раз- на это проектировщики и изготовители
вертывание производства по данной микросхем в целях повышения функцио-
технологии, а также из-за малого числа нальности приборов разрабатывают ре-
клиентов, планирующих ее использо- шения, являющиеся скорее революцион-
вать. Усилия корпорации сосредоточены ными, чем эволюционными.
Advances in Logic IC Process Technology Move Forward. IC Insights, Research Bullettin, February 21, 2019:
www.icinsights.com.
ПУБЛИКАЦИИ В НАУЧНЫХ ЖУРНАЛАХ «ВОПРОСЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
И «РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ»
Преференции для авторов Этапы редакционного процесса
■■ Бесплатная публикация статей. Рецензирование, редактирование, корректура,
■■ Качественное двустороннее анонимное ре- верстка, согласование с авторами, публикация.
цензирование. На всех этапах редакция взаимодействует с ав-
■■ Сжатые сроки публикации. торами.
■■ Серьезная редактура.
■■ Высокий уровень перевода. Индексирование опубликованных статей
■■ Индекс DOI каждой статье. РИНЦ, EBSCO, Google Scholar, РГБ, ВИНИТИ.
■■ Помощь в продвижении научной публика-
ции.
Подача рукописи
Рукопись статьи, оформленную в соответствии
с правилами представления статей (размеще-
ны на сайтах www.radioprom.org, vre.instel.ru;
могут быть высланы по запросу), а также акт
экспертизы присылают по e-mail: publish@
instel.ru или с помощью электронной формы
на сайте www.radioprom.org.
Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019 19ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Новый способ непосредственной
записи на однослойные
полупроводники
Ключевые слова: атомно-силовой микроскоп (АСМ), диселенид вольфрама (WSe2), квантовая
«каллиграфия», однофотонные излучатели, непосредственная запись.
Ученые из Научно-исследовательской лаборатории ВМС США (U. S. Naval
Research Laboratory, NRL) и Научно-исследовательской лаборатории ВВС (Air
Force Research Laboratory, AFRL) разработали способ непосредственной запи-
си однофотонных квантовых источников излучения (SPE) на однослойные полу-
проводники, такие как диселенид вольфрама (WSe2). Однофотонные квантовые
излучатели – ключевые компоненты в широком спектре зарождающихся кван-
товых технологий, включая вычисления, безопасную связь, зондирование и ме-
трологию.
В отличие от обычных светоизлучаю- наноуглубления создается сильно лока-
щих диодов, которые испускают милли- лизованное поле напряженности дефор-
арды фотонов одновременно для фор- мации, которое создает одноэлементное
мирования постоянного потока света, излучение фотона в WSe2. Коррелиро-
идеальный однофотонный излучатель ванные по времени измерения, выпол-
генерирует ровно один фотон по требо- ненные в AFRL, подтвердили подлинно
ванию, причем каждый фотон неотличим однофотонную природу этих состояний.
от другого. Эти характеристики важны Сформированные излучатели обладают
для находящихся в стадии разработ- большой яркостью, производят значи-
ки квантовых технологий на основе ис- тельное число одиночных фотонов и яв-
пользования фотонов. Кроме того, такие ляются спектрально стабильными, что
возможности должны быть реализованы отвечает ключевым требованиям для но-
в материальной платформе, обеспечива- вых приложений.
ющей точное, повторяемое размещение Квантовая «каллиграфия» позволяет
однофотонных излучателей полностью детерминистически размещать и проек-
масштабируемым образом, совмести- тировать в реальном масштабе времени
мым с существующими технологиями произвольные структуры однофотонных
производства полупроводниковых ИС. излучателей для поверхностного соеди-
Для создания наноразмерных впадин нения с фотонными волноводами, по-
или отступов в одном монослое WSe2 лостями и плазмонными структурами.
на подложке из полимерной пленки уче- Показано также, что при создании боль-
ные NRL использовали атомно-силовой ших матриц или моделей квантовых из-
микроскоп (AFM) (см. рисунок). Вокруг лучателей для изготовления квантовых
20 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019Перспективные материалы
а)
Источник: Научно-исследовательская лаборатория ВМС США
б) в)
10 нм 10 нм
Наконечник атомно-силового микроскопа (AFM) вдавливается в структуру дихалькогенида на осно-
ве переходных металлов или полимера для формирования локальной напряженности деформации
(а). Структурированное однофотонное излучение в WSe2, индуцированное AFM-вдавливанием букв
«NRL» и «AFRL» (б). Отступы AFM производят «украшения» однофотонного излучателя на моно-
слое WSe2 типа «рождественская елка» (в)
фотонных систем в масштабе пластин ких как безопасная связь, распознание
будет эффективен подход на основе на- и опознание, квантовые вычисления. Та-
ноимпринтинговой технологии. кие применения обеспечивают неуязви-
Исследователи особо подчеркивают мую для прослушивания или дешифро-
важность данного открытия: помимо воз- вания связь между удаленными силами
можности универсального размещения МО США, что является необходимым тре-
однофотонных излучателей полученные бованием для обеспечения безопасности
результаты представляют общую мето- (в частности, истребителей и других ЛА).
дологию придания напряженности де- Квантовые вычисления на ИС обеспе-
формации двумерным (2D) материалам чивают возможность быстрого анали-
с нанометровой точностью. что станет за непосредственно на борту ЛА очень
неоценимым инструментом дальнейших больших наборов данных, полученных
исследований и будущих применений с помощью массивов датчиков. Соот-
методики напряженности деформации ветственно, отпадает необходимость
2D-приборов. передачи на удаленный вычислительный
Результаты исследования открывают центр всего набора полученных данных,
путь к использованию 2D-материалов что снижает требования к пропускной
в качестве твердотельных носителей од- способности. Результаты исследований
нофотонных излучателей в применениях, опубликованы в январском (2019 г.) вы-
в которых заинтересовано МО США, та- пуске журнала ACS Nano.
NRL, AFRL Develop Direct-Write Quantum Calligraphy in Monolayer Semiconductors. Solid State Techno
logy Magazine, February 2019: https://electroiq.com/2019/02/nrl-afrl-develop-direct-write-quantum-calligra-
phy-in-monolayer-semiconductors/
Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019 21ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА
Заводы по обработке пластин:
ситуация в 2009–2018 гг.
и ближайшие перспективы
Ключевые слова: диаметр пластины, оборудование, производственные мощности,
технологический процесс.
Развитие производственных мощностей полупроводниковой промышлен-
ности неизбежно связано с закрытием и перепрофилированием устаревших
производств, открытием новых заводов. При этом главным фактором выступа-
ет не столько прогресс собственно технологических процессов, сколько спрос
со стороны производителей конечных систем. Так, например, развитие Интерне-
та вещей привело к увеличению спроса на приборы, изготавливаемые на 200-мм
пластинах.
По данным исследовательской кор- ■ закрытие и перепрофилирование не-
порации IC Insights, за период 2009– рентабельных производств (обычно
2018 гг. по всему миру было закрыто «зрелые» заводы по обработке пла-
или перепрофилировано 97 заводов стин диаметром ≤200 мм).
по обработке пластин различного диа-
метра. Перепрофилирование в основ- Из общего объема закрытых и пере-
ном заключалось в отказе от производ- профилированных производств на за-
ства ИС на конкретных предприятиях воды по обработке 300-мм пластин
в пользу изготовления MEMS и изделий пришлось всего 10,3% предприятий
оптоэлектроники (сапфировые техноло- (рис. 1). Первой ласточкой стала корпо-
гии, фотоприемники, волноводы, сило- рация Qimonda (возникшая в середине
вые полупроводниковые приборы и т. п.). 2000-х гг. на базе отделения Siemens
К основным причинам закрытия и пере- Semiconductor по производству ДОЗУ),
профилирования мощностей по произ- обанкротившаяся и ушедшая из полу-
водству ИС можно отнести: проводникового бизнеса в 2009-м. При
этом был закрыт первый в мире завод
■ недавно завершившуюся волну сделок по обработке 300-мм пластин. Наиболь-
слияний и поглощений (2015–2017 гг.); шее число случаев закрытия и пере-
■ переход значительного числа произ- профилирования отмечено по заводам,
водителей ИС на технологические обрабатывавшим пластины диаметром
процессы с топологиями 20 нм и ме- 150 мм (43,3%), три таких предприятия
нее (изготавливаются на современ- были закрыты или перепрофилированы
ных заводах по обработке 300-мм в течение 2018 г. К ним относятся два
пластин); завода японской корпорации Renesas –
24 Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019Производственная база
42
45
40
35
30
24
25
20
15 12
Источник: IC Insights
10 9
10
5
0
300 200 150 125 100
Рисунок 1. Количество закрытых и перепрофилированных заводов по диаметру обрабатываемых
пластин за период 2009–2018 гг.
предприятие в г. Конан (префектура ния. К июню 2019 г. корпорация Texas
Коти), производившее аналоговые и ло- Instruments закроет свой завод по обра-
гические приборы, а также некоторые ботке 200-мм пластин (GFAB в г. Гринок,
устаревшие микрокомпоненты, было Шотландия) для производства аналого-
закрыто, а завод в г. Оцу (префектура вых ИС. Renesas планирует закрыть еще
Сига) был перепрофилирован и теперь два завода по обработке 150-мм пластин
производит только оптоэлектронные (в г. Оцу, префектура Сига, и в г. Убе,
приборы. Третий завод (Fab 1), принад- префектура Ямагути) в 2020 или 2021 г.
лежавший фирме Polar Semiconductor Кроме того, свой 150-мм завод в Милпи-
(ныне Sanken, г. Блумингтон, шт. Мин- тасе (шт. Калифорния, США) намерена
несота, США) и выпускавший аналого- закрыть корпорация Analog Devices –
вые и дискретные полупроводниковые в феврале 2021 г.
приборы, а также оказывавший услуги С географической точки зрения боль-
кремниевого завода, был закрыт. ше всех заводов, по сравнению с други-
Специалисты корпорации IC Insights ми странами и регионами, было закрыто
прогнозируют, что в ближайшие годы в Японии – 36 предприятий, или 37,1%
будет закрыто или перепрофилировано от общего показателя. На Северную
относительно большое число существу- Америку за рассматриваемый период
ющих полупроводниковых производств. пришлось 31,9% закрытий, на Евро-
Причин несколько – в частности, стреми- пу – 18,6%, а на страны Азиатско-Тихо-
тельный рост стоимости новых заводов океанского региона – 12,4%. С учетом
по обработке пластин и оборудования количества закрытых в Японии заводов
для них, а также переход все большего и намного меньшего числа открытых
числа производителей ИС на модели производств неудивительно, что на эту
fab-lite2 и fabless3, не требующих наличия страну, когда-то на равных конкури-
больших объемов мощностей или во- ровавшую с США, теперь приходится
обще не нуждающихся в них. На данный всего 5% мировых капиталовложений
момент уже известно о планах закрытия в полупроводниковую промышленность
или перепрофилирования по крайней (рис. 2) [1].
мере еще пяти заводов. Так, корпорация Следует отметить, что растущий
Samsung переведет один из своих заво- спрос на приборы для Интернета ве-
дов по производству схем памяти на 300- щей и некоторых других применений
мм пластинах (Line 13) на изготовление (включая автомобильную и промыш-
формирователей сигналов изображе- ленную электронику), для изготовления
Зарубежная электронная техника, вып. 6 (6680) от 21.03.2019 25Вы также можете почитать
