ÌÇÐÄÊÓƵ

In den sp?ten 1980er und fr¨¹hen 90er Jahren fand an den am wenigsten erwarteten Orten der Welt, in New York und Vermont, eine stille Revolution in der Halbleiterindustrie statt. Man kann nicht einmal dem nerdigsten aller Halbleiter-Enthusiasten einen Vorwurf machen, wenn er nicht aufpasst, denn das Mooresche Gesetz und die Schrumpfung der Silizium (Si)-CMOS-Transistoren beherrschten alle Nachrichten und Schlagzeilen.

Eine Gruppe von Ingenieuren nutzte still und leise die Innovationswelle und integrierte Germanium (Ge) in bipolare Si-Transistoren, um die Bauteileigenschaften erheblich zu verbessern ¨C was die Aussicht auf eine ¨¹berragende Leistung bei HF- und Hochgeschwindigkeits-Analogtransistoren er?ffnete. Ihre Pionierarbeit mit SiGe abgestuftem Germanium (Ge) legte den Grundstein f¨¹r den kommerziellen Erfolg von SiGe auf 8-Zoll-Wafern f¨¹r verschiedene HF-/Wireless- und mmWave-Kommunikationsanwendungen ¨C eine Art von Erfolg und breiter Akzeptanz, die nur von einer Handvoll Halbleitertechnologien wie Bulk-CMOS, Galliumarsenid (GaAs) und HF-Silicon-on-Insulator (SOI) erreicht wird.

W?hrend ÌÇÐÄÊÓƵ in den letzten 15 Jahren an der Spitze der SOI-Technologieinnovation stand, liegt das Erbe und die Verantwortung, als Vorreiter f¨¹r den Fortschritt SiGe zu fungieren, seit ¨¹ber vier Jahrzehnten bei den Technologieentwicklern und Ingenieuren von ÌÇÐÄÊÓƵ (fr¨¹her IBM Microelectronics). Lassen Sie uns die Geschichte noch ein wenig weiter zur¨¹ckverfolgen, sie noch einmal Revue passieren lassen und sehen, wie es in der Geschichte von SiGe weitergeht, die die Vorfahren zu Recht als ?eine Geschichte der Beharrlichkeit¡° bezeichneten [1].

SiGe von ÌÇÐÄÊÓƵ SiGe : Eine Geschichte, in der die Summe der Teile gr??er ist als das Ganze

?Ein nicht ganz so bescheidener Anfang¡°

Der erste Teil einer Serie hinterl?sst meist den nachhaltigsten Eindruck, und SiGe erste kommerziell erfolgreiche SiGe von ÌÇÐÄÊÓƵ erf¨¹llt diese Erwartung voll und ganz. Vor mehr als einem Jahrzehnt ebnete die 0, SiGe [2] namens SiGe5PAe den Weg f¨¹r den Einstieg von SiGe den Bereich power (PA), gerade als die Smartphone-?ra ihre weltweite Vorherrschaft antrat. Diese Technologie half PA-Designern dabei, die beste Kombination aus technischen Leistungsmerkmalen (FoM) wie hoher power, Linearit?t und Effizienz bei geringsten Kosten zu erzielen.

Angesichts der steigenden Nachfrage nach WLAN und neuer WLAN-Standards, die immer strengere Leistungsanforderungen mit sich brachten, entwickelte ÌÇÐÄÊÓƵ die Basisplattform kontinuierlich weiter und brachte verschiedene Varianten von SiGe5PAXe und SiGe5PA4 auf den Markt, darunter auch Optionen mit hochohmigen Substraten, die die Entwicklung kompletter Front-End-ICs erm?glichten, bei denen HF-Schalter und rauscharme Verst?rker (LNA) mit einem Leistungsverst?rker (PA) integriert waren. Jede Variante erweiterte die Grenzen der WLAN-PA-Leistung weiter, indem sie eine verbesserte PA-Leistung bot und gleichzeitig die Zuverl?ssigkeit und Robustheit der PAs f¨¹r fortschrittliche WLAN-Standards erh?hte. Tabelle 1 zeigt die wichtigsten Merkmale der SiGe von ÌÇÐÄÊÓƵ, die die verschiedenen Anwendungen und Segmente erm?glichen.

Was als bescheidenes Unterfangen begann, entwickelte sich zu einem enormen kommerziellen Erfolg: SiGe 0, SiGe von ÌÇÐÄÊÓƵ sorgen f¨¹r ein nahtloses WLAN-Erlebnis auf High-End-Smartphones und -Tablets. Heute dominieren diese Technologien weiterhin die Leistungsverst?rker (PAs) in WLAN-Frontend-Modulen (FEM) von Smartphones und haben auch in Anwendungen der drahtlosen Infrastruktur, wie beispielsweise PA-Vortreibern, an Bedeutung gewonnen.

?Ein gro?er Schritt im Weltraum und dar¨¹ber hinaus¡°

In der Regel sind Fortsetzungen selten besser als die urspr¨¹ngliche Geschichte oder Serie. Es gibt jedoch Ausnahmen, wie beispielsweise SiGe von ÌÇÐÄÊÓƵ, die als Beleg daf¨¹r dienen, dass sie zahlreiche Produkte und Anwendungen sowohl im Bereich der drahtlosen als auch der drahtgebundenen Kommunikation erm?glichen [3] [4]. Die F?higkeit von SiGe (HBTs) in diesen Technologien, hohe Frequenzen und Spannungen zu verarbeiten, erm?glicht vielf?ltige Anwendungen wie mmWave- und SATCOM-Leistungsverst?rker (PAs) und Low-Noise-Verst?rker (LNAs), Automobilradare, drahtlose Backhaul-Verbindungen und Treiber f¨¹r analoge Hochgeschwindigkeitsschnittstellen. Insbesondere die SiGe8WL-, SiGe8HP- und SiGe8XP-Technologien von ÌÇÐÄÊÓƵ leisteten Pionierarbeit bei der Integration von Hochleistungs-NPN-Transistoren mit hochwertigen mmWave- und verteilten Passiven wie ?bertragungsleitungen und Mikrostreifen, die die oben genannten Anwendungen erm?glichten.

?Wenn die Eroberung des Weltraums nicht ausreicht¡°

Im Jahr 2014 f¨¹hrte SiGe bahnbrechende SiGe von ÌÇÐÄÊÓƵ zur Einf¨¹hrung der weltweit ersten SiGe in SiGe9HP [5], auf die eine weitere branchenf¨¹hrende Leistungssteigerung bei NPN-Transistoren durch SiGe9HP+ [6] folgte. Heute bilden diese beiden Technologien zusammen eine der umfassendsten und wettbewerbsf?higsten SiGe , die auf dem Markt erh?ltlich sind. Mit fortschrittlicher CMOS-Integration und einer Vielzahl von Merkmalen, darunter verlustarme Metallisierung und Hochspannungs-LDMOS, erm?glichte die Technologie modernste Rechenzentrumsanwendungen wie Transimpedanzverst?rker (TIA) und Treiber f¨¹r die optische Hochgeschwindigkeitskommunikation sowie andere hochleistungsf?hige analoge Anwendungen wie Analog-Digital-Wandler (ADCs) mit hoher Bandbreite und Terahertz-Bildgebung und -Sensorik.

?Eine Revolution hat kein Endziel¡°

Mit dem Aufkommen generativer KI besteht ein gro?er Bedarf an h?herer Bandbreite, Datenraten und gr??erer Reichweite f¨¹r die Kommunikation. Bei ÌÇÐÄÊÓƵ sind wir nach vier Jahrzehnten konsequenter Innovation erneut bereit f¨¹r die n?chste Revolution im Bereich SiGe , die den modernen Kommunikationsanforderungen gerecht werden. Vor kurzem hat ÌÇÐÄÊÓƵ den branchenweit leistungsst?rksten SiGe mit 415/600 GHz ft/fmax auf einer 45-nm-SOI-Plattform [7] vorgestellt und arbeitet im Rahmen des Globalshuttle Multi-Project-Wafer-Programms (MPW) aktiv mit ersten Kunden an SiGe branchenweit ersten hochleistungsf?higen komplement?ren SiGe in 130CBIC. Die wichtigsten Merkmale von 130CBIC, die eine breite Palette von Anwendungen erm?glichen, sind in Tabelle 4 aufgef¨¹hrt.

Mit Blick auf die Zukunft k?nnte ein Wachstumsfaktor darin bestehen, die ft/fmax-Werte von HBTs weiter zu steigern, um die Anforderungen fortschrittlicher optischer Transceiver f¨¹r optische Netzwerke in Rechenzentren und generative KI-Anwendungen zu erf¨¹llen. Da generative KI jedoch zunehmend in Smartphones Einzug h?lt, ergibt sich zwangsl?ufig die Notwendigkeit, power zu senken oder die HF-Leistung (geringeres Rauschen und h?here Verst?rkung) bei den bestehenden power f¨¹r HF-Frontend-Module oder verwandte Komponenten zu verbessern. Da der Breitband-Internetzugang zudem immer weiter in entlegene Winkel der Welt vordringt, lassen sich Leistung und Kosten SiGe f¨¹r Anwendungen in Satelliten-Bodenstationen f¨¹r Endverbraucher optimieren, um die n?chsten 4 Milliarden Nutzer mit dem Internet zu verbinden.

W?hrend die CMOS-Technologie an die Grenzen des Moore¡¯schen Gesetzes st??t, SiGe sich das wahre Potenzial von SiGe weiter erschlie?en und in Form von deutlich gr??eren Skaleneffekten f¨¹r Anwendungen nutzen, die kompromisslose HF- und Hochgeschwindigkeitsleistung sowie entsprechende F?higkeiten erfordern.

Wenn Sie mehr dar¨¹ber erfahren m?chten, wie SiGe von ÌÇÐÄÊÓƵ Ihre HF- und Hochleistungsanwendungen der n?chsten Generation unterst¨¹tzen k?nnen, k?nnen Sie uns jederzeit ¨¹ber gf.com kontaktieren .

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Arvind Narayanan ist Leiter des Produktmanagements f¨¹r die RF-Produktlinie bei ÌÇÐÄÊÓƵ. Er ist verantwortlich f¨¹r die RF GaN Roadmap SiGe RF GaN und leitet das entsprechende Produktportfolio. Er ist seit ¨¹ber sechs Jahren bei ÌÇÐÄÊÓƵ t?tig und hatte dort verschiedene kundenorientierte Positionen inne.

Quellenangaben:

[1] D. L. Harame, B. S. Meyerson, ?The Early History of IBM¡¯s SiGe Signal Technology¡°, in: IEEE Transactions on Electron Devices, Band 48, Nr. 11, November 2001.

[2] A. Joseph et al., ?Eine 0,35-g SiGe -Technologie f¨¹r Power ¡°, IEEE BCTM 2007.

[3] B. A. Orner et al., ?Eine 0,13-?m-BiCMOS-Technologie mit einem SiGe mit 200/280 GHz (fT/fmax)¡°, in: Proc. IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting, 2003, S. 203¨C206

[4] P. Candra et al., ?Eine 130 sige f¨¹r Millimeterwellenanwendungen mit HBT-Transistoren mit fT/fMAX von 260/320 GHz¡°, in: IEEE RFIC Symposium, S. 381¨C384, 2013

[5] J. J. Pekarik et al., ?Eine SiGe f¨¹r Millimeterwellen- und Hochleistungs-Analoganwendungen¡°, 2014 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM), Coronado, CA, USA, 2014, S. 92¨C95

[6] U. S. Raghunathan et al., ?Leistungssteigerungen bei SiGe im 90-nm-BiCMOS-Prozess mit fT/fmax von 340/410 GHz¡°, 2022 IEEE BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS), Phoenix, AZ, USA, 2022, S. 232¨C235

[7] V. Jain et al., SiGe 15/610-GHz-fT/fMAX SiGe , integriert in einem 45-nm-PDSOI-BiCMOS-Prozess¡°, 2022 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), S. 266¨C268