Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1984/M19840614Elc048.shtml

Перспективы развертывания производства арсенид-галлиевых ИС промышленного назначения

УДК 621.3.049.774.002

Ларри Уоллер (Larry Waller)
Редакция Electronics

Larry Waller. GaAs ICs bid for commercial success, pp.101,102.

Рассматривается современное положение в области разработки и производства арсенид-галлиевых ИС различного назначения. Их несомненное превосходство по быстродействию перед кремниевыми схемами и успехи в области совершенствования исходных материалов позволяют более оптимистично оценивать возможности начала производства схем промышленного назначения в дополнение к уже выпускаемым схемам для военных заказчиков.

После того как в течение почти двух десятилетий интерес к арсениду галлия то ослабевал, то вновь усиливался, известия об этом полупроводниковом материале воспринимаются с иронией: его считают обреченным вечно оставаться «материалом будущего». Однако вполне возможно, что это полупроводниковое соединение типа AIIIBV, превосходящее кремний по показателям быстродействия приборов, сможет наконец в полной мере проявить свои возможности в сфере создания высокопроизводительных ИС. Для этого надо только, чтобы недавнее нарастание активности в данной области сохранило набранные темпы.

Действительно, после того как в начале 1984г. полупроводниковое отделение фирмы Harris Corp. (Милпитас, шт.Калифорния) выпустило свои первые цифровые арсенид-галлиевые ИС промышленного назначения, за ними достаточно быстро последовал ряд других новых разработок. Фирма Harris изготавливает сейчас две простые схемы — сдвиговый регистр и двоичный счетчик, которые открывают целое будущее семейство ИС. Их главная особенность — очень высокое быстродействие, в пять раз превосходящее быстродействие наиболее скоростных эквивалентных кремниевых приборов.

В июне 1984г. фирма Gigabit Logic Inc. (Ньюбери-Парк, шт.Калифорния) должна начать выпуск серии из 12 арсенид-галлиевых ИС вместе с макетной платой, облегчающей разработку аппаратуры на их основе. Японская компания NEC Corp. анонсирует свою первую промышленную арсенид-галлиевую ИС — широкополосный усилитель промежуточной частоты для частотного диапазона 2—3 ГГц.

Более того, многие фирмы, уже освоившие производство арсенид-галлиевых полевых транзисторов для СВЧ-аппаратуры, тоже включились в разработку ИС. Эти фирмы не только предлагают свои услуги в качестве «арсенид-галлиевых мастерских», но и достаточно активно сами разрабатывают кристаллы ИС, обещая в ближайшее время выпустить целый поток новых приборов.

Причин такого подъема активности несколько. Чаще всего называют такую причину, как спрос со стороны военных заказчиков в США, ищущих возможность существенно повысить технические характеристики своих систем к концу 1980-х годов. В соответствии с этим стремлением на практике уже ощущается резкое повышение уровня финансирования НИР и ОКР по арсенид-галлиевым приборам, а впереди ожидаются еще более значительные поступления средств на такие цели. Одновременно проводятся и работы в области систем, например разработка спутникового компьютера на арсенид-галлиевых приборах, выполняемая компанией Raytheon Co. (Лексингтон, шт.Массачусетс); ряд полупроводниковых компаний имеет контракты на поставку арсенид-галлиевых ИС изготовителям систем военного назначения.

Еще один рынок. В связи с широким развертыванием НИР и ОКР, финансируемых правительственными организациями, упомянутые и другие компании вполне естественно обращают внимание и на рынок приборов промышленного назначения. Эл Пэц, генеральный управляющий по арсенид-галлиевой технологии в компании Tektronix Inc. (Бивертон, шт.Орегон), говорит: «Мы обнаружили, что располагаем технологией, области применения которой значительно шире по сравнению с выпускаемой нами серией изделий». В настоящее время Пэц развертывает в своей компании деятельность подразделения типа «арсонид-галлиевой мастерской», которая будет обслуживать как военных, так и промышленных заказчиков1{Электроника, 1984, №3, с.8}. Он считает, что главная причина нынешнего бурного развития работ в данной области — это приток средств от министерства обороны, однако добавляет, что через два-три года объемы финансирования сократятся. Дебют самой компании Tektronix состоится в конце 1984г., когда она начнет изготавливать для клиентов своей «арсенид-галлиевой мастерской» собранные в корпуса схеми на основе вентильной матрицы с обедненными нагрузками.

Количество компаний, желающих выйти за рамки военных приложений и закрепиться на рынке ИС промышленного назначения, уже исчисляется двузначной цифрой. Оборонное объединение компании Rockwell International Corp. (Анахайм, шт.Калифорния) и компания Honeywell Inc., уже выпускающая ЗУ и логические ИС на своем предприятии в Ричардсоне (шт.Техас)2{Электроника, 1984, №7, с.102}, строят сейчас для обслуживания министерства обороны США в Ньюбери-Парке новый завод стоимостью 16 млн. долл. Наращивает свои производственные мощности и пионер в области арсенид-галлиевых приборов — фирма Varian Associates Inc. (Пало-Альто, шт.Калифорния), которая планирует дополнительно вложить 16 млн. долл. в расширение своего отделения Solid State Microwave. В число других компаний, готовящихся в настоящее время вступить в игру, входят Avantek Inc. (Сапта-Клара, шт.Калифорния), Sancers Associates Inc. (Нашуа, шт. Нью Гэмпшир) и Adams-Russell Inc. (Уолтем, шт.Массачусетс).

В отчете за 1983г. фирма Strategic Inc. (Сан-Хосе, шт.Калифорния), занимающаяся исследованиями рынков, перечислила 42 компании, в той или иной мере причастные к работав в области арсенид-галлиевых приборов. Однако эти данные, как полагает Ив Бланшар, вице-президент этой компании, исследующей состояние полупроводниковой промышленности, уже устарели. Фирма Strategic ускоренными темпами готовит уточненные данные по указанному вопросу, собираясь представить их в конце лета 1984г.

У Бланшара есть свое необычное мнение о причинах нынешнего подъема в области работ по арсенид-галлиевой технологии. Он говорит, что наиболее важную роль здесь сыграло прекращение компанией IBM Corp. в конце 1983г. исследований приборов на переходах Джозефсона, послужившее катализатором для всей американской промышленности. Особенно оно повлияло на те компании, которые заинтересованы в поставках кристаллов ИС для следующего поколения компьютеров.

Ситуация за рубежом. В других странах работы по арсенид-галлиевым приборам тоже активизированы, хотя как западноевропейские, так и японские компании сильно отстают от американских в освоении производства кристаллов промышленного назначения. Все же компания Siemens AG (Мюнхен) уже выпускает на продажу арсенид-галлиевые ИС двух-каскадных усилителей. Однако главную ставку эта компания делает на разрабатываемую 12-ГГц схему, которая должна быть готова к производству к 1986г. Компания ориентирует ее на рынок, в результате освоения которого для арсенида галлия наступит «звездный час», а именно на рынок компонентов для устройств непосредственного приема телевизионных передач со спутников.

Но не только компания Siemensпланирует освоение производства подобных кристаллов. Лаборатория электроники и прикладной физики — главная во Франции научно-исследовательская лаборатория объединения Philips — разработала однокристальную арсенид-галлиевую ИС входныхкаскадов для 12-ГГц приемника сигналов прямой спутниковой трансляции1{Электроника, 1984, №5, с.15}. Также во Франции компанияThomson-CSF уже с 1981г. эксплуатирует в своей научно-исследовательской лаборатории высокоразвитую опытно-производственную линию. Однако и здесь выпуск изделий для сторонних заказчиков начнется не раньше чем через год.

Один из японских промышленных экономистов-аналитиков отмечает, что в его стране ни одна компания еще не выпускает арсенид-галлиевые ИС серийно; большинство фирм пока что изготавливает очень мелкие партии для своей собственной аппаратуры или для таких узкоспециализированных приложений, как спутниковое связное оборудование. Действительно, в компаниях Fujitsu, NEC, Matsushita и Hitachi большинство считает, что во всем мире есть только один заказчик, который сможет в обозримом будущем платить за арсенид-галлиевые приборы их высокие цены, — это министерство обороны США. Так как японским фирмам доступ на этот рынок закрыт, то они и не торопятся осваивать производство простых кристаллов ИС.

Однако в области более сложных ИС ЗУ и логических ИС дело обстоит несколько иначе. Здесь японские достижения в части материалов и технологии по крайней мере равноценны американским.

Вопрос стоимости. Между американскими и японскими компаниями существует разногласие по поводу стоимости самого исходного арсенида галлия. Наиболее значительный прогресс в производстве этого материала был достигнут уже после 1982г. Энтони Р. Ливингстон, вице-президент фирмы Gigabit Logic по маркетингу и сбыту, подчеркивает, что в арсенид-галлиевой технологии стоимость исходных материалов ни в коей мере не является существенным ограничением. «Достигаемый выигрыш по быстродействию с запасом перекрывает эти дополнительные затраты», — говорит он.

Главная техническая проблема производства исходных материалов — это примеси в арсенид-галлиевых кристаллах. В типовых 50-мм пластинах на сегодняшний день плотность дислокаций составляет примерно 104 см-2. Одна такая пластина стоит 174 долл., т.е. примерно в 20 раз дороже кремниевой пластины (на единицу площади). Наивысшее качество на настоящий момент имеют пластины фирмы Sumitomo Electric Co. (2000 дислокация/см2), которые в связи с этим стоят 217 долл.

Вскоре фирма Sumitomo, контролирующая около 75% японского и почти 45% мирового рынка арсенид-галлиевых пластин, начнет выпускать еще более качественный исходный материал. Она уже анонсировала 76-мм пластины с нулевой плотностью дислокаций, которые через 12 мес появятся в продаже. Цена этих пластин еще не установлена, однако такие главные заказчики, как фирмы Fujitsu и NEC, рассчитывают, что на первых порах они смогут приобретать их по цене около 174 долл. Это технологическое достижение, возможно, рассеет опасения японских специалистов в том, что арсенид галлия представляет собой слишком дорогой материал для потребителей приборов промышленного назначения.

Но как бы сильно ни различались мнения специалистов по поводу возможных сроков развертывания производства арсенид-галлиевых приборов, все конкуренты практически единодушны в том, что конечный успех неизбежен. Ливингстон из фирмы Gigabit Logic так характеризует ситуацию: «Арсенид-галлиевые приборы широким фронтом атакуют позиции ЭСЛ-схем, которые не в состоянии совершить скачок в гигабитный диапазон скоростей. Такие скорости доступны только арсенид-галлиевым приборам».

Ливингстон и другие специалисты сравнивают современный уровень арсенид-галлиевой технологии с уровнем кремниевой технологии 10 лет назад — они характеризуют его как средний уровень интеграции при сложности порядка 100 вентиль/кристалл. Однако, по их предсказаниям, темпы ее развития примерно вдвое выше, чем у кремниевой, так что уровень сложности порядка — 1000 вентиль/кристалл должен быть достигнут уже через два года.

Как ожидалось, наиболее скептически к перспективам арсенида галлия в полупроводниковой промышленности относятся наиболее крупные полупроводниковые компании. Они в большинстве своем считают, что потенциальные возможности кремния еще далеко не исчерпаны. Даже компании Texas Instruments Inc., выполняющая свою собственную программу разработки мощных арсенид-галлиевых приборов для военных приложений, очень осторожно высказывается о возможности скорого перехода на продукцию производственного назначения.

Загадочный рынок. Вопрос о размере рынка арсенид-галлиевых приборов также относится к числу вопросов, ставящих в тупик даже опытных консультантов, которые до сих пор еще не дали обоснованных прогнозов объема сбыта. Фирма Strategic Inc., в частности, признала, что ее прогноз на 1992г., в котором объем данного рынка оценивается в 5,6 млрд, долл., возможно, завышен, и приступает к его переработке и подготовке нового отчета. Более того, компании вообще не хотят сейчас делать официально какие-либо прогнозы по данному вопросу.

Сложность оценки объема упомянутого рынка беспокоит также вкладчиков капиталов, и, возможно, этой сложностью объясняется очень небольшое число вновь образующихся фирм по разработке и производству арсенид-галлиевых схем. Ведь в таких случаях капитал инвестируется по существу, почти в любую идеюг которую только может придумать технический специалист.

Джордж М. Крэнделл-мл., главный партнер с неограниченной имущественной ответственностью фирмы Brentwood Associates (Лос-Анджелес), третьей по величине в США фирмы — вкладчика капитала с риском, говорит: «Два года назад мы начали рассматривать возможность заключения соглашения в полупроводниковой области, однако у нас имеются серьезные опасения. Новые фирмы, действующие в области арсенид-галлиевой технологии, требуют больших капиталовложений, а нет ничего хуже, чем вкладывать капитал и не находить рынка для своей продукции. Кроме того, где взять специалистов для этих организаций?»

Дочерние статьи:

Арсенид-глллиевая технология — основа для разработки японских компьютеров 1990-х годов

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 57, No.12 (693), 1984г - пер. с англ. М.: Мир, 1984, стр.80

Electronics Vol.57 No.12 June 14, 1984 A McGraw-Hill Publication

Larry Waller. GaAs ICs bid for commercial success, pp.101,102.

Раздел: СООБЩЕНИЯ

Тема:     Полупроводниковая техника





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1984/M19840614Elc048.shtml