IBM“失手”摔出新材料！恩智浦用它造射频芯片卖给小米( 二 ) _IBM

目前，IBM的SiGe芯片工艺已经发展到第五代。

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生产SiGe晶体管常用工艺有双极工艺、SiGe BiCMOS工艺、SiGe应变CMOS工艺、CBIP工艺、CBiCMOS工艺。其中，双极工艺最为主流，在工艺上已经越过0.35、0.18、0.13微米节点。
三、不仅5G手机能用，还能改进汽车整流器和太阳能电池SiGe材料属于第二代半导体材料。在四五十年的研究中，IC设计师发现，SiGe芯片相比硅芯具有以下优势：1、零部件成本低；2、节省电源，能效较高；3、集成性好；4、电子迁移率较高；5、体积小；6、具有高频振荡能力。
相比于GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）等主流第二代半导体材料，SiGe材料的制备成本更低。在某些应用场景中，SiGe芯片的性能并不逊色（比如恩智浦的SiGe射频前端模块）。
基于这些优点，SiGe材料在汽车、通信、太阳能等领域有巨大的应用潜力。
比如，在汽车领域，SiGe可用于改善整流器的性能。整流器的作用是在瞬间提供足够大的电流和稳定的电压，能使行驶过程更加平稳，还能保证动力的供应。
以荷兰半导体商Nexperia推出的SiGe整流器为例，这款产品具有120V、150V和200V的反向电压，可以承受175°C的温度而不发生热失控。有了这种热容量，设计师不必依赖快速恢复二极管来处理高温情况，可以提高设计效率。

▲Nexperia推出的SiGe整流器
德国半导体公司英飞凌还推出基于SiGe芯片的车用雷达系统。其中，77 GHz远程雷达系统可用于避撞系统，24 GHz 近/中程雷达系统可用于盲点监测系统。
在通信领域，美国半导体公司Maxim（美信）曾用SiGe双极晶体管GST-3和硅晶体管GST-2做比较，结果显示SiGe晶体管的增益更高、噪声更低、可用于大电流应用。

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▲SiGe GST-3双极晶体管和硅GST-2晶体管对比
NASA研究人员还发现，除了利用SiGe材料本身，它的生成方式也具有借鉴意义。
研究人员采用与在硅衬底上相同的方法，在蓝宝石衬底上生成了SiGe 。然后，他们用同一块晶圆在蓝宝石衬底的另一面生成一层氮化镓或氮化铟镓。最终，研究人员制备出一个太阳能LED显示屏。
SiGe太阳能电池具有3个优点：能量转换效率达到30～40%，其他现有方法的能量转换效率一般为15～20%；使用寿命为约80年，通常太阳能电池板系统的寿命为25～30年；相比其他太阳能电池材料，硅和锗的成本更低、储量更丰富。

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▲NASA制备SiGe太阳能电池的过程
结语：国产SiGe芯片已迈进0.13微米20世纪末，SiGe的发现为进一步缩小晶体管尺寸带来了可能。直到现在，由于具有优良的性能，SiGe还被视为通信、汽车、太阳能等领域的重要材料。IBM、意法半导体、索尼、恩智浦等芯片厂商均发展了SiGe业务。国内方面，我国上海华虹集团目前可以实现0.13/0.18微米SiGe芯片的量产。
同时，SiGe的可能性并没有被穷尽，研究人员还在进行更多探索。比如，近日荷兰埃因霍芬理工大学的科研团队研发出一种能发光的硅锗合金，或能为硅基光源开辟一条道路。目前，该研究团队正在研发一款能够集成到现有芯片中的硅基激光器。
要指出的是，具有较大的开发潜力并不意味着SiGe是万能的。比如，SiGe的性能会受到温度限制，无法被用于在极高温度条件下工作的设备。另外，硅和锗的储量较为丰富，但在实验室制备合金的成本较高。我们期待，未来这些局限性能够被研究人员克服，SiGe材料能发挥更大作用。