12月18日，新浪財經(jīng)與東方證券聯(lián)合主辦的“基石與超越——半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)閉門研討會”在上海舉行。復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授黃偉帶來主題演講《面向5G/衛(wèi)星通信應(yīng)用的化合物半導(dǎo)體射頻芯片技術(shù)》，發(fā)表了他對于當(dāng)前5G和衛(wèi)星通信毫米波及微博毫米波固態(tài)器件與半導(dǎo)體技術(shù)的看法。

　　黃偉表示，通信技術(shù)始終是跟隨著摩爾定律在發(fā)展，即數(shù)據(jù)量每5年左右跟隨摩爾定律增加10倍。它的容量不斷擴充主要是通過4個方向來實現(xiàn)：第一是網(wǎng)絡(luò)的密化，像小區(qū)蜂窩式的基站這種技術(shù)的革命；第二是MIMO技術(shù)，來提高多輸入、多輸出的技術(shù)改進(jìn)；第三是載波聚合以及拓大零散帶寬的數(shù)據(jù)容量，第四就是頻譜的效率提升以及先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)。

　　在談及5G通信的毫米波時，黃偉認(rèn)為其應(yīng)用前景包括無人駕駛、智能醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)，除此之外，低軌衛(wèi)星通信也是毫米波的重要應(yīng)用前景。相控陣是地面終端的主要技術(shù)，毫米波在衛(wèi)星通信中可實現(xiàn)點波數(shù)的傳輸，損耗相對較低，能夠?qū)崿F(xiàn)和地面的對接，從而可以與地面的5G通信搭建共同融合的平臺。未來毫米波的終端既可以接收5G的毫米波，也可以接收衛(wèi)星通信相關(guān)的毫米波信號。

　　黃偉強調(diào)，毫米波最主要的特點是波束賦形，優(yōu)點包括抗干擾能力強，因為它是對點的通信，比較精準(zhǔn)，能量傳輸能耗低。除此之外，毫米波也很適合人工智能的技術(shù)普及。人工智能的架構(gòu)需要大量半導(dǎo)體技術(shù)來支撐和發(fā)展，其中涉及到的主要是毫米波的技術(shù)和芯片，作用十分重要，技術(shù)門檻也較高。

　　從技術(shù)上來看，毫米波主要使用兩種半導(dǎo)體，其中第二代半導(dǎo)體砷化鎵算是比較成熟的技術(shù)，第三代半導(dǎo)體氮化鎵具有高功率密度的優(yōu)勢，更具有前景。黃偉認(rèn)為，半導(dǎo)體都是服務(wù)于終端裝備，評價其芯片好壞、性價比高低以及競爭力大小都要以能否在系統(tǒng)中成功應(yīng)用為標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前，國內(nèi)外芯片運用方案存在不小差距。三星、英飛凌等公司通常運用射頻前端和波束成形方案，包括氮化鎵和砷化鎵的鍺硅方案也已經(jīng)逐漸導(dǎo)入產(chǎn)品，但是國內(nèi)基本上處于研制階段。隨著技術(shù)的發(fā)展，氮化鎵和砷化鎵越來越成熟，這種與系統(tǒng)和應(yīng)用密切相關(guān)的芯片在架構(gòu)上也產(chǎn)生了變化。

　　在以前，芯片中鍺硅可以覆蓋到紅線框，但也存在功率輸出密度較小的問題。由于5G通信對高功率密度和通話容量的要求不斷增長，現(xiàn)在有些方案能使波束成形與TI設(shè)備前端能夠盡快成形，波束成形和PA和LNA這種組合有可能實現(xiàn)一個新的解決方案。如果采用砷化鎵和氮化鎵，僅需要100多個通道就能實現(xiàn)輸出功率和射頻的要求，而鍺硅則需要400到500的通道數(shù)量，明顯多于砷化鎵和氮化鎵。

　　挑戰(zhàn)與機遇共存，黃偉提到， 5G通信的發(fā)展也會給移動通信的天線提出更高的要求。屏幕在不斷增加，但射頻前端的空間又被無限壓縮，天線技術(shù)需要逐漸植入到移動終端，多天線在發(fā)展的同時也需要兼顧PA和跟蹤等相關(guān)技術(shù)同步發(fā)展。黃偉認(rèn)為，射頻前端的技術(shù)不只是芯片的問題，還包括天線微分裝等技術(shù)的挑戰(zhàn)。

　　而在關(guān)于微波毫米波半導(dǎo)體技術(shù)方面，黃偉教授指出目前有三個方向：器件與工藝、MIMICs電路，3D異質(zhì)異構(gòu)技術(shù)。微波毫米波半導(dǎo)體屬于模擬半導(dǎo)體，除了需要跟工藝和器件相對接之外，化合物半導(dǎo)體又新增了一個材料的技術(shù)要素。

　　微波工藝器件擁有近50年的發(fā)展歷程，由于服從頻率跟功率輸出的關(guān)系定理，決定其能夠不斷用新的材料代替，包括砷化鎵、氮化鎵的不斷迭代，也是在應(yīng)用過程中的不斷進(jìn)步。

　　黃偉在談到材料問題時表示，通常是采用先進(jìn)的MOCVD包括高低溫交錯的方法來減少材料的缺陷，提高器件的特性，這種方法會使得遷移率提升和方塊電阻下降，是材料技術(shù)的改進(jìn)。

　　除此之外，為了獲得毫米波技術(shù)的應(yīng)用，通常會采用提醒山的結(jié)構(gòu)來獲得高工作頻率，F(xiàn)T和Fmax做到300—400G才能滿足毫米波的應(yīng)用，隨著溫度的上升指標(biāo)能夠進(jìn)一步改善，可見化合物半導(dǎo)體可以滿足相關(guān)的應(yīng)用。

　　寬帶的應(yīng)用是5G通信發(fā)展的最主要的特色，寬帶的LNA或PA是技術(shù)的一個值得研究的方向。除此之外，現(xiàn)在隨著分裝的進(jìn)化，也是向異質(zhì)異構(gòu)的方向發(fā)展，比如氮化鎵和Si CMOS的融合、微縮、成本控制和小型化也是毫米波發(fā)展的重要方向，單憑半導(dǎo)體的前道工藝仍存在較大難度，粉狀技術(shù)已經(jīng)慢慢成為一個重要的階段手段。可以通過林肯的異質(zhì)異構(gòu)的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，氮化鎵和Si CMOS晶圓級的三級互聯(lián)來做微系統(tǒng)，以及把射頻天線納入到微系統(tǒng)里面來實現(xiàn)多集成化的解決方案，來滿足移動終端的要求。

　　最后，黃偉教授提到復(fù)旦大學(xué)目前主要提供集成電路和半導(dǎo)體方面的相關(guān)平臺。

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責(zé)任編輯：林宸