CMOSPA陷入成本和性能兩難，“單芯片手機(jī)”夢受阻
引言
砷化鎵PA是CMOS工藝通向“單芯片手機(jī)”之路上的最后堡壘。這個堡壘并不易攻克，因?yàn)镃MOS PA的性能比不上砷化鎵PA，而提高性能帶來的成本增加則會讓CMOS PA失去成本優(yōu)勢。
在基帶、電源管理和射頻收發(fā)等關(guān)鍵器件相繼被CMOS工藝集成后，采用砷化鎵工藝的功率放大器（PA），成為CMOS工藝通向真正的“單芯片手機(jī)”的最后堡壘。多家初創(chuàng)公司一直致力用CMOS PA替代砷化鎵PA，其中AXIOM已經(jīng)在2G手機(jī)上實(shí)現(xiàn)了千萬級的出貨量，而Javelin也宣稱今年6月份將量產(chǎn)CMOS工藝的3G PA。
但和初創(chuàng)公司的高調(diào)相比，RFMD、Anadigics和英飛凌等現(xiàn)有供應(yīng)商仍對CMOS PA持懷疑態(tài)度，認(rèn)為CMOS PA很難在成本和性能上取得平衡，即使是收購了AXIOM的Skyworks也認(rèn)為CMOS PA在3G和4G等高端應(yīng)用市場空間有限。而SiGe半導(dǎo)體等公司則在走中間路線，認(rèn)為取代砷化鎵功放的將是SiGe BiCOMS工藝，而不是CMOS工藝。
成本和性能難以平衡，CMOS PA限于2G市場
眾所周知，因?yàn)榉夏柖�，CMOS工藝的優(yōu)勢是低成本、低功耗和高集成度等，從某種意義上來說，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的歷史就是CMOS工藝進(jìn)步的歷史。Javelin公司的CEO Brad Fluke表示：“歷史證明，一旦可以基本滿足某項(xiàng)應(yīng)用所需的性能，那么在和其它工藝的競爭中，CMOS工藝總是勝利者。”
問題是，目前CMOS PA仍然難以在成本和性能間取得平衡，CMOS PA既達(dá)不到砷化鎵功放的性能，成本優(yōu)勢也并非絕對。
一方面，雖然CMOS晶圓比砷化鎵晶圓便宜很多，但CMOS功放的面積比砷化鎵功放大，最終單個器件的成本優(yōu)勢并不像想象的那么明顯。目前6英寸GaAs晶圓可以產(chǎn)出大約為5,000～10,000片功放，而8英寸硅晶圓可以產(chǎn)出的功放數(shù)量要比這個數(shù)目少的多。這是由于CMOS器件本身的特性決定的。RFMD公司的專家表示：“在CMOS 器件中，電流是沿著晶片表面橫向流動的水平電流，而砷化鎵HBT工藝器件，電流流動是縱向流動的垂直電流。所以砷化鎵功放可以做到比CMOS功放小50%到70%�！�
另一方面，從功放應(yīng)用看，相對于CMOS器件，砷化鎵器件有物理材料上的優(yōu)勢。雖然CMOS器件這方面的缺陷可以用更復(fù)雜的設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)，但是這樣一來，會大幅提高成本。比如絕緣硅(SOI)技術(shù)在射頻領(lǐng)域中的應(yīng)用。相比體硅基板上的CMOS晶體管，SOI技術(shù)提升了電子遷移率，有助于緩解大功率、高效率CMOS 功放制造中的一些問題。但CMOS SOI晶圓的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常見模擬/混合信號CMOS工藝技術(shù)的成本。因此在3G/4G應(yīng)用中，CMOS的成本優(yōu)勢會更小，因?yàn)楦咝阅芤蟛捎酶鼜?fù)雜、昂貴的架構(gòu)設(shè)計(jì)。
對此，深圳廣迪克科技有限公司總經(jīng)理徐杰表示：“如果采用同樣的工藝節(jié)點(diǎn)，CMOS PA能應(yīng)用的頻率比砷化鎵PA要低得多�！弊鳛樾屡d的射頻PA供應(yīng)商，廣迪克的砷化鎵PA已經(jīng)開始大量出貨，據(jù)稱在效率、最高功率等方面都達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的水平。為了把握PA的技術(shù)發(fā)展趨勢，2009年末徐杰專程前往美國考察CMOS PA技術(shù)發(fā)展情況，得出的結(jié)論是近期CMOS PA不會成為主流，因此更堅(jiān)定了開發(fā)砷化鎵PA的決心。
