På väg mot THz

I februari visade imec prototypen till en radarkomponent i CMOS som klarar 79 GHz. Och nyss visade tyska IHP Microelectronics en SiGe-transistor som de utvecklat tillsammans med Georgia Institute of Technology. Den klarar att arbeta i 798 GHz, alltså inte särskilt långt från THz-gränsen.

SiGe-transistorn är av HBT-typ (Heterojunction Bipolar Transistor och inget annat). Den använder en SiGe-legering som bäddats in i en kiseltransistor och ger sina maximala prestanda vid mycket låg temperatur (drygt fyra grader över absoluta nollpunkten). Men också gränsen för vad som är möjligt vid normala temperaturer förskjuts snabbt uppåt.

Vad som gör det här så intressant är förstås att det finns en jättemarknad för billig och högfrekvent radar. Fordonstillverkarna behöver radar för varningssystem och automatisk styrning och det finns massor av medicinska tillämpningar. Magnetroner känns ”så femtiotal”.

Behoven styr
Den snabba utvecklingen när det gäller halvledarkomponenter för mikrovåg speglas inte i en lika snabb utveckling för ”vanliga” digitala processer. Där har vi i stället sett en inbromsning och konsolidering någonstans runt 28 nm och baserat på vanliga planarprocesser. Utvecklingen av avancerade tredimensionella strukturer runt 10 nm fortsätter, men än så länge är det bara de mest avancerade mikroprocessorerna och de mest avancerade FPGA-komponenterna som ”har råd”. Tidigare i år såg vi Intel lägga sin nybyggda Arizonafabrik (fab 42) i malpåse strax före invigningen. Vi ser också ett allmänt minskat intresse för 450 mm-wafers och EUV-masker (Extrem UV).

Det här har jag skrivit om flera gånger tidigare, men det som från början var en hypotes från några teknikbedömare har det senaste året i det närmaste blivit en sanning.

SOI poppar upp
Men det är klart – inbromsningen är en sanning bara så länge ingen hittar en bättre teknologi som samtidigt är tillräckligt billig.

Här ser vi till exempel STMicro med en version av kisel på isolator (SOI) som faktiskt verkar ge väsentligt högre prestanda utan att kosta speciellt mycket mer. Finessen med den här processen är att den i stort sett ger de fördelar som man får med 3D-strukturer, men i en planarprocess. Det innebär att maskkostnaden blir betydligt lägre, eftersom man slipper använda flera masker för varje lager (multi-patterning). STMicro hävdar att extrakostnaden för isoleringslagret utan vidare sparas in på minskade maskkostnader.

Om EUV-tekniken fortsätter att försenas (och så ser det ut) får faktiskt SOI (Silicon On Insulator) ännu större jämförbara fördelar framöver. Då ger tekniken ett hyfsat ekonomiskt sätt att fortsätta ett par generationer under 28 nm.

Nyligen såg vi Samsung, Soitec och STMicroelectronics starta ett SOI-samarbete. Det finns all anledning att hålla ett öga på vad som händer här.
Den SOI som vi pratar om här har förresten inget med kisel på safir att göra, men det vet ni säkert. Jag lånade för många år sedan några safirwafers (fyrtum) från ASEA Hafo för att ta bilder, men tyvärr var företaget väldigt noga med att få tillbaka dem. Safirwafers är vackra, men ack så dyra.

Sådan är kapitalismen
Till slut står vi alltså som vanligt med ”den råa kapitalismen”, som somliga brukar kalla den. Det handlar om att tillverka det som folk vill ha till ett så lågt pris som möjligt. En konstruktion får gärna vara elegant, men den får inte vara dyrare än konkurrentens. Det företag som inte hänger med i svängarna åker ut.

På det här sättet har elektroniktillverkarna lyckats att förbättra prestanda och komplexitet på ett närmast otroligt sätt, samtidigt som priserna har sjunkit dramatiskt. Utvecklingen har varit fenomenal.

Frågan är vad som hänt om vi i stället hade förlitat oss mer på planering. För inte så många år sedan (slutet av åttiotalet) var många av oss tveksamma till geometrier under 1µm, trots att vi några år tidigare hade sett ett genombrott i belysningskälla för maskerna (248 nm excimerlaser). Inte så långt därefter gick industrin förresten över till 193 nm, men sedan dess har det varit stopp.

Utvecklingen från 1 µm till dagens 28 nm (och mindre) har alltså skett trots att vi inte sett några verkligt stora materialgenombrott de senaste tjugofem åren. Den utvecklingen hade nog inte varit så enkel att planera.

Comments are closed.