eng
Возможность создания SiGe-транзисторов была теоретически обоснована 40 лет назад. На разработку кремний-германиевой технологии фирме IBM потребовалось не одно десятилетие и многие сотни миллионов долларов.* Но сегодня SiGe-технология уже стремительно продвигается на рынок, и биполярные SiGe-гетеротранзисторы (НВТ), несмотря на скептицизм экспертов, успешно конкурируют с кремниевыми биполярными приборами и наступают на позиции GaAs-устройств. Совершенствование SiGe-транзисторов привело к появлению кремний-германиевых БиКМОП-схем. И сейчас самое перспективное направление работ в области SiGe-технологии – объединение НВТ со специализированными КМОП ИС, открывающее широкие возможности создания системы-на-кристалле, в которой объединены ВЧ-, аналоговые и цифровые устройства.
С егодня, открывая технический журнал или участвуя в работе конференции, посвященной проблемам электроники, нельзя не встретить упоминания о SiGe-приборах. Cообщения о применении этой технологии появляются почти ежедневно. И даже в нетехнических изданиях то и дело упоминается о выпуске новых средств связи или электронной торговли на базе SiGe-устройств.
Основные достоинства SiGe НВТ в сравнении с кремниевыми биполярными транзисторами – более высокая максимальная частота генерации (до 65 ГГц), низкий коэффициент шума (фирма IBM сообщила о создании НВТ с шириной эмиттерной полосы 0,18 мкм и коэффициентом шума 0,4 дБ на частоте 2 ГГц), высокие коэффициент усиления по мощности и КПД в режиме усиления мощности (до 70%). Для большинства беспроводных систем связи, работающих в диапазоне 900 МГц–2,4 ГГц, привлекательность SiGe-устройств заключается в возможности улучшения других характеристик системы, в первую очередь потребляемой мощности, за счет работы на более низких частотах (рис.1). Еще одно преимущество SiGe-технологии перед обычной кремниевой – возможность интеграции на чипе пассивных элементов: высокодобротных катушек индуктивности и конденсаторов большой емкости со структурой металл-изолятор-металл (МИМ). Вот почему эта новая технология, первоначально предназначавшаяся для построения центрального процессора компьютера, находит широкое применение в беспроводных системах связи, работающих в стандартах PCS (цифровой, США), PDC (Япония), GSM (европейский) и CDMA, в приемопередающих модулях быстродействующих (10 Гбит/с) оптических сетей SONET и сетей Ethernet (1–2,5 Гбит/с). Технология кремний-германий обещает стать и одной из основных в нарождающихся стандартах для домашних беспроводных средств связи Bluetooth** и IEEE 802.11. Дискретные SiGe НВТ перспективны и для применения в усилителях мощности.
Но, пожалуй, основное достоинство этой технологии – возможность объединения быстродействующих SiGe-приборов с перспективными КМОП-схемами. Здесь специалистам IBM удалось решить проблему интеграции SiGe НВТ с новыми поколениями КМОП-схем без ухудшения параметров НВТ, вызываемого длительными циклами термической обработки. Согласно БиКМОП-технологии второго поколения 6НР, получившей название база-после-затвора и прошедшей квалификационные испытания в июне 1999 года, формирование базы и эмиттера НВТ проводится после изготовления затворов полевых транзисторов (рис.2). 6НР-процесс предусматривает изготовление НВТ двух типов: обычного ВЧ-транзистора и прибора с модифицированным коллектором для работы при высоких значениях напряжения. Ширина эмиттера в обоих типах НВТ – 0,3, 0,42 и 0,78 мкм (минимальный размер эмиттера 0,3х1,0 мкм). Полевые транзисторы также могут быть двух типов: стандартный МОП с толщиной затворного окисла 50 нм, подобный транзисторам, производимым по заказу фирмы на специализированных заводах (foundries), и МОП с затворным окислом толщиной 70 нм на напряжение 3,3 В. Для ускорения продвижения новых 6НР-устройств IBM предлагает комплект проектирования на основе программных средств, разработанных фирмой Cadence Design Systems.
Одна из серьезных проблем, возникающих при объединении большого числа устройств на чипе, – обеспечение развязки. Это достигается разнообразными способами (рис.3), применение которых позволило создать широкополосный ограничивающий трехкаскадный усилитель с коэффициентом усиления 60 дБ (рис.4) и электрической развязкой более 70 дБ, что исключило ухудшение чувствительности и нестабильность параметров из-за паразитной обратной связи.
Таким образом, появилась возможность объединения SiGe-технологии с процессами формирования любых КМОП-схем следующих поколений, работающих при напряжении 1,8–1,3 В, без заметного воздействия на их характеристики и проектные нормы. В результате при создании SiGe БиКМОП ИС можно пользоваться существующими библиотеками элементов и методологиями конструирования специализированных ИС – ASIC. Гибкость конструкции объясняет разнообразие SiGe БиКМОП-чипов фирмы IBM. Это и ВЧ-устройства – малошумящие усилители, генераторы, управляемые напряжением (ГУН) (рис.5), смесители и трансиверы,– и АЦП, ЦАП, синтезаторы частоты (рис.6), фильтры ПЧ. Один из самых сложных на сегодня SiGe БиКМОП-чипов – синфазный/со сдвигом фазы на 90° (I/Q) модулятор/демодулятор и синтезатор (рис.7) – входит в комплект схем для беспроводной локальной сети на частоту 2,4 ГГц. Применение этой микросхемы позволило уменьшить в системе число ИС, в том числе и GaAs, с восьми до четырех, снизить ее потребляемую мощность на 50% и в четыре раза увеличить зону охвата.
Преспективная область применения новой технологии – СВЧ-устройства. Примеры – ИС шестиразрядного фазовращателя Х-диапазона (рис.8) и пятипортового передаточного ключа (рис.9), изготовленные по 0,5-мкм SiGe-технологии на подложках со стандартными 0,25-мкм КМОП-элементами. Вносимые потери фазовращателя (64 фазовых состояния) в диапазоне 7–11 ГГц составляют 10–12 дБ. Обратные потери передаточного ключа на входе и выходе не превышают 10 дБ.
Благодаря созданию самых разнообразных SiGe-микросхем IBM сумела завоевать и сохранить позиции ведущего поставщика SiGe БиКМОП-приборов. Менее чем за два года фирма отгрузила более 8 млн. чипов второго поколения (0,5-мкм проектные нормы). Освоено производство третьего поколения SiGe БиКМОП-схем с минимальными размерами элементов 0,4- и 0,25-мкм и в соответствии с программой развития SiGe-технологии ученые и инженеры фирмы заканчивают составление спецификаций на устройства четвертого поколения с медной металлизацией, минимальными размерами элементов 0,18 мкм и частотой отсечки 90 ГГц (см. таблицу).
Успехи IBM в совершенствовании SiGe-технологии привлекли внимание многих поставщиков полупроводниковых приборов и разработчиков электронной аппаратуры. Для упрочения своего положения на рынке оптических сетевых систем со скоростью передачи 10 и 40 Гбит/с IBM подписала соглашения с Multilink Technology (ведущий разработчик, изготовитель и поставщик ИС, модулей и подсистем для телекоммуникационных систем и систем передачи данных) и Vitesse Semiconductor (один из лидеров в области разработки и производства высокочастотных полупроводниковых приборов, в основном GaAs, для оборудования сетевых средств связи следующих поколений). Совместно с Multilink будут разрабатываться быстродействующие компоненты для оборудования сетей SONET, SDH и Ethernet. Vitesse получает доступ к SiGe-технологии IBM, которую она рассматривает как перспективное дополнение к хорошо отработанной арсенидгаллиевой технологии. Фирма намерена изготавливать на кремний-германии следующее поколение маломощных связных ИС с широкой полосой пропускания и высоким быстродействием. Специалисты Vitesse считают, что высокое усиление SiGe-устройств в пересчете на каскад позволяет минимизировать число каскадов, что очень важно для ВЧ-схем.
Фирме Applied Micro Circuits Corp. (AMCC), пользующейся производственными мощностями IBM, удалось создать не имеющий пока аналогов SiGe-чип 34х34 дифференциального координатного переключателя с быстродействием более 100 Гбит/с. Фирма также сообщила о разработке счетверенного управляемого током усилителя напряжения типа S7025, содержащего ограничивающий усилитель и схему обнаружения потери сигнала. В сочетании с приемопередатчиком типа S3457 комплект поддерживает работу ОС-192 двунаправленной 10-Гбит/с линии связи малой протяженности (до 300 м).
Не дремлют и другие крупные электронные фирмы. Большое внимание SiGe-технологии уделяет фирма Atmel, открывшая дополнительно к своим 24 центрам проектирования еще два в Швеции и Германии. В первом совместно со шведским институтом микроэлектроники Acreo будут разрабатываться SiGe БиКМОП-устройства для следующих поколений сотовых телефонов. Второй центр открыт германским отделением Atmel Wireless & Microcontrollers, выпустившим в 1998 году первый в мире SiGe-чипсет для беспроводных DECT-телефонов. Здесь же будут разрабатываться ВЧ-приборы для мобильных Bluetooth и WCDMA средств связи.
Подразделение компании Atmel – Temic Semiconductor – второй крупнейший производитель SiGe-схем в мире. Одна из самых интересных разработок Temic – ВЧ-блок приемника Т7024 для TDMA-систем стандартов Bluetooth и DECT. При разработке входного ВЧ-блока Т7024 ставилась задача сопряжения его с ранее выпущенной схемой ВЧ-приемопередатчика Т2901, работающего в стандарте Bluetooth в диапазоне 2,4 ГГц. Ее реализация позволила упростить конструкцию схем, минимизировать число используемых внешних компонентов и, тем самым, снизить издержки производства. Совместно с однокристальным ВЧ-приемопередатчиком Т2901, контроллером АТ76С55Х и стандартной флэш-памятью новый чип входит в комплект ИС, пригодный для реализации 20-дБм системы стандарта Bluetooth. SiGe БиКМОП-чип с 0,35-мкм проектными нормами содержит малошумящий усилитель, усилитель мощности и схему управления переключателем приема/передачи. Выходная мощность усилителя мощности равна +23 дБм при коэффициенте усиления 25 дБ. Напряжение питания – 3 В. Коэффициент шума малошумящего усилителя равен 2,3 дБ. При работе с Т2901 чувствительность входного блока достигает -90 дБм, что выше требований стандарта Bluetooth на 20 дБм. КПД сложения мощностей входного блока составляет примерно 40% на 2,4 ГГц, потребляемый ток в рабочем режиме – 170 мА, в режиме ожидания – 10 мА. Благодаря наличию схемы управления передачей/приемом для работы Т7024, в отличие от современных устройств, не нужен транзисторный переключатель или антенный ключ (т.е. GaAs ИС).
В середине 2000 года Temic начала поставки малых партий входного блока Т7024 в малогабаритном корпусе типа PSS020 по цене 2,1 долл. (партия 10 тыс. шт.).
Не прекращает Temic и разработку отдельных SiGe-маломощных усилителей и усилителей мощности. Во втором квартале 2000 года отделение выпустило два новых маломощных усилителя семейства TST0950 для обычных супергетеродинных приемников или приемников прямого преобразования мобильных GSM-телефонов (925–960 МГц) и микротелефонных трубок на диапазон 1,8–2,0 ГГц. Благодаря реализации между двумя усилительными секциями каскада с переключаемым усилением разработчикам удалось получить низкий коэффициент шума (2,2 дБ) при высоком усилении (19+1,0 дБ) и малых интермодуляционных искажениях. Развязка между смесителем и антенной в -40 дБ гарантирует большой динамический диапазон усилителя и, тем самым, прием как очень слабых, так и очень сильных сигналов. Новые схемы TST0950 и TST0951 просты в применении и не требуют большого числа внешних компонентов. Цена усилителей – 1,5 долл. (партия 10 тыс.шт.).
Одна из самых экономически эффективных технологий построения SiGe-беспроводных систем предложена фирмой Motorola. Ее инженерам удалось объединить разработанный совместно с институтом высокопроизводительных микросхем (High Performance Microelectronics) во Франкфурте-на-Одере (Германия)* процесс формирования транзисторов на основе кремний-германия с добавлением углерода (SiGe:C) и БиКМОП-технологию. При этом в стандартный 0,35-мкм БиКМОП-процесс введена лишь одна дополнительная технологическая операция. Более того, предусмотрена возможность плавного перехода к 0,18-мкм проектным нормам следующего поколения SiGe:C БиКМОП ИС. Предельная частота НВТ на основе SiGe:C равна 50 ГГц, максимальная – 70 ГГц при напряжении VCE = 2 В и вдвое меньшем, чем у обычных SiGe-приборов, токе.
Квалификационные испытания SiGe:C-технологии планировалось завершить в конце 2000 года, а к промышленному производству схем приступить в начале 2001-го. Одно из первых изделий, выполненных по новой технологии, – двухдиапазонный CDMA входной блок сотового приемника, содержащий малошумящий усилитель, смеситель, ГУН и трансформаторные элементы, выполненные на основе медной металлизации (рис.10).
Число фирм, стремящихся выйти на рынок SiGe-устройств, непрерывно растет. В начале 2000 года фирма Conexant объявила о выпуске SiGe БиКМОП однокристальных трансиверов семейства СХ72300, содержащих ГУН, синтезатор частоты, усилитель мощности, малошумящий усилитель, индикатор интенсивности принимаемого сигнала. Напряжение питания схемы – 3,3–1,8 В, потребляемый в режиме приема и передачи ток – 14 мА. Трансивер предназначен для беспроводных систем на частоту 2,4 ГГц Bluetooth-стандарта с дальностью действия до 10 м. Разработку SiGe-приборов для беспроводных систем связи и быстродействующего сетевого оборудования ведут фирмы Infineon Technologies, Maxim Integrated Products, Philips Semiconductor, STMicroelectronics.
В стремлении улучшить характеристики SiGe-приборов без увеличения их стоимости ученые Bell Labs предложили структуру транзистора с самосовмещенной базой. Для формирования субколлекторной области транзитора вместо эпитаксиального выращивания проводится ионная имплантация. Предельная частота НВТ равна 52 ГГц, максимальная – 70 ГГц. SiGe НВТ с самосовмещенной селективно выращиваемой эпитаксиальной структурой и максимальной частотой 107 ГГц создан на фирме Hitachi. Время задержки сигнала ЭСЛ-вентиля на базе этого транзистора составляет 6,7 пс при токе переключения 1,3 мА.
Но применение новой технологи, очевидно, не ограничится только беспроводными системами связи и сетевым оборудованием (хотя рынок этих устройств огромен). Компания Tektronix сообщила о применении SiGe-компонентов фирмы IBM в цифровом осциллографе серии TDS7000. Это первое контрольно-измерительное устройство на базе новой технологии.
Очевидно, в дальнейшем можно ожидать объединения SiGe с такими новейшими технологиями, как кремний-на-изоляторе, встроенными ДОЗУ и флэш-памятью. Достигнув совершеннолетия в конце ушедшего тесячелетия, SiGe-технология оказалась одной из самых перспективных технологий будущего тесячелетия.
Electronic Design, July 10, 2000.
www/ chips.ibm.comwww.atmel.com
www.mot.com
Поддержка SiGe-программы Великобритании
Правительство Великобритании намерено ассигновать Университетскому консорциуму 4,3 млн. фт. ст. на продолжение работ в области SiGe БиКМОП-технологии. Проектирование микросхем, выращивание материала и разработка технологических процессов будут проводиться в университетах Кэмбриджа, Глазго, Лондона, Ньюкастла, Шефильда, Саутгемптона. Решение принято благодаря весьма обнадеживающим результатам, полученным в ходе предыдущей трехлетней программы. Разработчики надеются, что новые ассигнования позволят реализовать на базе новой технологии самые разнообразные устройства для беспроводных и широкополосных систем связи. Проект поддерживают фирмы Daimler-Chrysler, Infenion Technologies, Mitel Semiconductor и Avanti.
Продажи СОЗУ компенсируют спад спроса на ДОЗУ
Samsung готова биться об заклад, что продажи СОЗУ возместят любое снижение доходов из-за падения спроса на ДОЗУ. Статическая память в отличие от динамической не столь зависима от рынка ПК, темпы прироста которого сейчас снижаются. На этот рынок поступает более 70% ДОЗУ, выпускаемых фирмой, и лишь 5% СОЗУ. Это объясняется тем, что в последние годы кэш-память все чаще интегрируется в микропроцессорный чип ПК. Поэтому сегодня 50% СОЗУ фирмы предназначены для средств связи, в основном сотовых телефонов. Почти половина ИС СОЗУ еще и сейчас изготавливается по 0,35-мкм технологии, вторая половина – с 0,22-мкм проектными нормами. В 2001 году фирма планирует уже выпускать СОЗУ по 0,22- и 0,15-мкм технологиям (в отношении 50:50).
В 2000 году Samsung оценивает свои продажи СОЗУ примерно в 1,8 млрд. долл., или в 25% мирового рынка этих устройств, который по прогнозам должен составить 6 млрд. долл. В этом году фирма надеется увеличить долю СОЗУ в мировых продажах до 30%. Пока спрос на СОЗУ опережает предложение. И эта ситуация сохранится до марта–апреля 2002 года.
www.eetimes.com/story/OEG20010103S0008
Elpida Memory – новый влиятельный центр разработки ДОЗУ
Японские гиганты электроники – NEC и Hitachi – намерены восстановить лидерство на мировом рынке ДОЗУ. Для этого в апреле 2000 года они объединили свои усилия по разработке ДОЗУ и организовали совместную компанию, получившую в сентябре название Elpida Memory (от греческого elpis – “надежда, упование”). В 80-е годы эти фирмы господствавали га рынке схем памяти, но затем потеряли лидерство и их рейтинг заметно упал. Сегодня они надеются, что их совместное предприятие начнет первым осваивать новые технологии ДОЗУ. По оценкам аналитической фирмы Semico Research, Elpida Memory может войти в пятерку ведущих производителей ДОЗУ. В 1999 году этот список возглавляли фирмы Samsung Electronics (23% продаж), Hyundai Electronics Industry (19,3%) и Micron Technology (16,1%).
Успеху новой компании будут способствовать крепкие деловые контакты фирм NEC и Hitachi с поставщиками серверов и настольных компьютеров, соответственно. На рынке Elpida появилась в благоприятный момент: средние цены на ДОЗУ поднялись, возросла потребность в схемах памяти для средств связи и бытовой техники, а жизненный цикл средств связи, в отличие от настольных компьютеров, достаточно большой – примерно 10 лет.
Elpida Memory должна будет выпускать все типы ДОЗУ, включая SDRAM, DDR, RDRAM и VCM (ЗУ с виртуальным каналом). При создании новой компании сообщалось, что в январе 2001 года она начнет опытные, а во втором квартале промышленные поставки 256-Мбит ДОЗУ, выполненного по 0,13-мкм технологии. Микросхема будет выпускаться с SDRAM и DDR-организацией.
В сентябре на фирме Elpida работали 200 человек, к весне 2001 года их число должно возрасти до 750.
Президент фирмы Elpida Memory – Кенджи Токуама, ранее работавший на NEC. Исполнительный вице-президент – Токумаса Ясуи представляет Hitachi.
Electronic Business, 2000, Nov.
Сегнетоэлектрическая память
Жив курилка!
Ramtron – фирма, первая начавшая разработку сегнетоэлектрической памяти, готовится к стремительному росту рынка энергонезависимой памяти. Не сумев пока разработать структуру ячейки памяти, которая позволила бы создать сегнетоэлектические ДОЗУ (СэДОЗУ) емкостью в несколько мегабит (СэДОЗУ емкостью 1 Мбит стоит 20 долл. и не может конкурировать на рынке с дркгими типами памяти), фирма пошла по пути создания встроенных устройств, в которых ячейки памяти объединены с логикой.
В новой схеме, названной энергонезависимой логикой, ячейки сегнетоэлектрической памяти используются для хранения логических состояний. Первая схема этого типа – простое логическое устройство, заменяющее стандартную восьмеричную защелку с D-триггером. Защелка сможет использоваться для дублирования драйвера ЖК-индикатора при его повторной загрузке. Другое назначение схемы – сохранение последних выводимых данных системной шины перед отключением питания с тем, чтобы возобновить работу системы с точки, в которой она завершилась при предыдущем обращении.
Ramtron не прекратила разработку “чистых” ДОЗУ и намерена в 2001 году начать промышленный выпуск схем памяти емкостью 1 Мбит. Совместно с Fujitsu ведется работа по созданию СэДОЗУ следующих поколений с минимальными размерами элементов 0,35 мкм. Исследуется возможность перехода к 0,25-мкм технологии. Усовершенствован процесс изготовления сегнетоэлектрических устройств, одна из основных проблем которого – снижение выхода годных из-за загрязнения технологического оборудования при обработке такого сегнетоэлектрика, как цирконат-титанат свинца (PZT). Платиновые электроды, использовавшиеся в технологическом оборудовании, заменены иридиевыми. Такие электроды оказались хорошо совместимыми с PZT, и их применение позволило удешевить процесс обработки.
Интерес к сегнетоэлектрической памяти проявили также фирмы Infineon Technologies и Toshiba, приступившие с января 2001 года к совместной разработке 32-Мбит СэДОЗУ, которое должно появиться в конце 2002 года. Память будет изготавливаться по 0,25-мкм технологии. Она заменит в мобильных телефонах многокристальный модуль, содержащий СОЗУ с резервным батарейным питанием и флэш NOR-типа. С марта 2001 года планируется совместное продвижение на рынок 8-Мбит СэДОЗУ фирмы Toshiba с так называемой “цепочной” структурой, в которой транзисторы и конденсаторы включены параллельно. В зависимости от потребностей рынка обе фирмы смогут в дальнейшем начать работы по созданию 64М- и 128-Мбит памяти.
Infineon проводит собственную сегнетоэлектрическую программу исследований. Кроме того, она недавно приобрела у Ramtron акции на сумму 10 млн. долл. и инвестировала 20 млн. долл. в отделение Enhanced Memory Systems этой компании. Toshiba имеет лицензии на технологию изготовления СэДОЗУ на базе PZT фирмы Ramtron. Следовательно, фирмы будут разрабатывать по совместной программе PZT СэДОЗУ.
www.electronicstimes.com
www.eet.com
Основные достоинства SiGe НВТ в сравнении с кремниевыми биполярными транзисторами – более высокая максимальная частота генерации (до 65 ГГц), низкий коэффициент шума (фирма IBM сообщила о создании НВТ с шириной эмиттерной полосы 0,18 мкм и коэффициентом шума 0,4 дБ на частоте 2 ГГц), высокие коэффициент усиления по мощности и КПД в режиме усиления мощности (до 70%). Для большинства беспроводных систем связи, работающих в диапазоне 900 МГц–2,4 ГГц, привлекательность SiGe-устройств заключается в возможности улучшения других характеристик системы, в первую очередь потребляемой мощности, за счет работы на более низких частотах (рис.1). Еще одно преимущество SiGe-технологии перед обычной кремниевой – возможность интеграции на чипе пассивных элементов: высокодобротных катушек индуктивности и конденсаторов большой емкости со структурой металл-изолятор-металл (МИМ). Вот почему эта новая технология, первоначально предназначавшаяся для построения центрального процессора компьютера, находит широкое применение в беспроводных системах связи, работающих в стандартах PCS (цифровой, США), PDC (Япония), GSM (европейский) и CDMA, в приемопередающих модулях быстродействующих (10 Гбит/с) оптических сетей SONET и сетей Ethernet (1–2,5 Гбит/с). Технология кремний-германий обещает стать и одной из основных в нарождающихся стандартах для домашних беспроводных средств связи Bluetooth** и IEEE 802.11. Дискретные SiGe НВТ перспективны и для применения в усилителях мощности.
Но, пожалуй, основное достоинство этой технологии – возможность объединения быстродействующих SiGe-приборов с перспективными КМОП-схемами. Здесь специалистам IBM удалось решить проблему интеграции SiGe НВТ с новыми поколениями КМОП-схем без ухудшения параметров НВТ, вызываемого длительными циклами термической обработки. Согласно БиКМОП-технологии второго поколения 6НР, получившей название база-после-затвора и прошедшей квалификационные испытания в июне 1999 года, формирование базы и эмиттера НВТ проводится после изготовления затворов полевых транзисторов (рис.2). 6НР-процесс предусматривает изготовление НВТ двух типов: обычного ВЧ-транзистора и прибора с модифицированным коллектором для работы при высоких значениях напряжения. Ширина эмиттера в обоих типах НВТ – 0,3, 0,42 и 0,78 мкм (минимальный размер эмиттера 0,3х1,0 мкм). Полевые транзисторы также могут быть двух типов: стандартный МОП с толщиной затворного окисла 50 нм, подобный транзисторам, производимым по заказу фирмы на специализированных заводах (foundries), и МОП с затворным окислом толщиной 70 нм на напряжение 3,3 В. Для ускорения продвижения новых 6НР-устройств IBM предлагает комплект проектирования на основе программных средств, разработанных фирмой Cadence Design Systems.
Одна из серьезных проблем, возникающих при объединении большого числа устройств на чипе, – обеспечение развязки. Это достигается разнообразными способами (рис.3), применение которых позволило создать широкополосный ограничивающий трехкаскадный усилитель с коэффициентом усиления 60 дБ (рис.4) и электрической развязкой более 70 дБ, что исключило ухудшение чувствительности и нестабильность параметров из-за паразитной обратной связи.
Таким образом, появилась возможность объединения SiGe-технологии с процессами формирования любых КМОП-схем следующих поколений, работающих при напряжении 1,8–1,3 В, без заметного воздействия на их характеристики и проектные нормы. В результате при создании SiGe БиКМОП ИС можно пользоваться существующими библиотеками элементов и методологиями конструирования специализированных ИС – ASIC. Гибкость конструкции объясняет разнообразие SiGe БиКМОП-чипов фирмы IBM. Это и ВЧ-устройства – малошумящие усилители, генераторы, управляемые напряжением (ГУН) (рис.5), смесители и трансиверы,– и АЦП, ЦАП, синтезаторы частоты (рис.6), фильтры ПЧ. Один из самых сложных на сегодня SiGe БиКМОП-чипов – синфазный/со сдвигом фазы на 90° (I/Q) модулятор/демодулятор и синтезатор (рис.7) – входит в комплект схем для беспроводной локальной сети на частоту 2,4 ГГц. Применение этой микросхемы позволило уменьшить в системе число ИС, в том числе и GaAs, с восьми до четырех, снизить ее потребляемую мощность на 50% и в четыре раза увеличить зону охвата.
Преспективная область применения новой технологии – СВЧ-устройства. Примеры – ИС шестиразрядного фазовращателя Х-диапазона (рис.8) и пятипортового передаточного ключа (рис.9), изготовленные по 0,5-мкм SiGe-технологии на подложках со стандартными 0,25-мкм КМОП-элементами. Вносимые потери фазовращателя (64 фазовых состояния) в диапазоне 7–11 ГГц составляют 10–12 дБ. Обратные потери передаточного ключа на входе и выходе не превышают 10 дБ.
Благодаря созданию самых разнообразных SiGe-микросхем IBM сумела завоевать и сохранить позиции ведущего поставщика SiGe БиКМОП-приборов. Менее чем за два года фирма отгрузила более 8 млн. чипов второго поколения (0,5-мкм проектные нормы). Освоено производство третьего поколения SiGe БиКМОП-схем с минимальными размерами элементов 0,4- и 0,25-мкм и в соответствии с программой развития SiGe-технологии ученые и инженеры фирмы заканчивают составление спецификаций на устройства четвертого поколения с медной металлизацией, минимальными размерами элементов 0,18 мкм и частотой отсечки 90 ГГц (см. таблицу).
Успехи IBM в совершенствовании SiGe-технологии привлекли внимание многих поставщиков полупроводниковых приборов и разработчиков электронной аппаратуры. Для упрочения своего положения на рынке оптических сетевых систем со скоростью передачи 10 и 40 Гбит/с IBM подписала соглашения с Multilink Technology (ведущий разработчик, изготовитель и поставщик ИС, модулей и подсистем для телекоммуникационных систем и систем передачи данных) и Vitesse Semiconductor (один из лидеров в области разработки и производства высокочастотных полупроводниковых приборов, в основном GaAs, для оборудования сетевых средств связи следующих поколений). Совместно с Multilink будут разрабатываться быстродействующие компоненты для оборудования сетей SONET, SDH и Ethernet. Vitesse получает доступ к SiGe-технологии IBM, которую она рассматривает как перспективное дополнение к хорошо отработанной арсенидгаллиевой технологии. Фирма намерена изготавливать на кремний-германии следующее поколение маломощных связных ИС с широкой полосой пропускания и высоким быстродействием. Специалисты Vitesse считают, что высокое усиление SiGe-устройств в пересчете на каскад позволяет минимизировать число каскадов, что очень важно для ВЧ-схем.
Фирме Applied Micro Circuits Corp. (AMCC), пользующейся производственными мощностями IBM, удалось создать не имеющий пока аналогов SiGe-чип 34х34 дифференциального координатного переключателя с быстродействием более 100 Гбит/с. Фирма также сообщила о разработке счетверенного управляемого током усилителя напряжения типа S7025, содержащего ограничивающий усилитель и схему обнаружения потери сигнала. В сочетании с приемопередатчиком типа S3457 комплект поддерживает работу ОС-192 двунаправленной 10-Гбит/с линии связи малой протяженности (до 300 м).
Не дремлют и другие крупные электронные фирмы. Большое внимание SiGe-технологии уделяет фирма Atmel, открывшая дополнительно к своим 24 центрам проектирования еще два в Швеции и Германии. В первом совместно со шведским институтом микроэлектроники Acreo будут разрабатываться SiGe БиКМОП-устройства для следующих поколений сотовых телефонов. Второй центр открыт германским отделением Atmel Wireless & Microcontrollers, выпустившим в 1998 году первый в мире SiGe-чипсет для беспроводных DECT-телефонов. Здесь же будут разрабатываться ВЧ-приборы для мобильных Bluetooth и WCDMA средств связи.
Подразделение компании Atmel – Temic Semiconductor – второй крупнейший производитель SiGe-схем в мире. Одна из самых интересных разработок Temic – ВЧ-блок приемника Т7024 для TDMA-систем стандартов Bluetooth и DECT. При разработке входного ВЧ-блока Т7024 ставилась задача сопряжения его с ранее выпущенной схемой ВЧ-приемопередатчика Т2901, работающего в стандарте Bluetooth в диапазоне 2,4 ГГц. Ее реализация позволила упростить конструкцию схем, минимизировать число используемых внешних компонентов и, тем самым, снизить издержки производства. Совместно с однокристальным ВЧ-приемопередатчиком Т2901, контроллером АТ76С55Х и стандартной флэш-памятью новый чип входит в комплект ИС, пригодный для реализации 20-дБм системы стандарта Bluetooth. SiGe БиКМОП-чип с 0,35-мкм проектными нормами содержит малошумящий усилитель, усилитель мощности и схему управления переключателем приема/передачи. Выходная мощность усилителя мощности равна +23 дБм при коэффициенте усиления 25 дБ. Напряжение питания – 3 В. Коэффициент шума малошумящего усилителя равен 2,3 дБ. При работе с Т2901 чувствительность входного блока достигает -90 дБм, что выше требований стандарта Bluetooth на 20 дБм. КПД сложения мощностей входного блока составляет примерно 40% на 2,4 ГГц, потребляемый ток в рабочем режиме – 170 мА, в режиме ожидания – 10 мА. Благодаря наличию схемы управления передачей/приемом для работы Т7024, в отличие от современных устройств, не нужен транзисторный переключатель или антенный ключ (т.е. GaAs ИС).
В середине 2000 года Temic начала поставки малых партий входного блока Т7024 в малогабаритном корпусе типа PSS020 по цене 2,1 долл. (партия 10 тыс. шт.).
Не прекращает Temic и разработку отдельных SiGe-маломощных усилителей и усилителей мощности. Во втором квартале 2000 года отделение выпустило два новых маломощных усилителя семейства TST0950 для обычных супергетеродинных приемников или приемников прямого преобразования мобильных GSM-телефонов (925–960 МГц) и микротелефонных трубок на диапазон 1,8–2,0 ГГц. Благодаря реализации между двумя усилительными секциями каскада с переключаемым усилением разработчикам удалось получить низкий коэффициент шума (2,2 дБ) при высоком усилении (19+1,0 дБ) и малых интермодуляционных искажениях. Развязка между смесителем и антенной в -40 дБ гарантирует большой динамический диапазон усилителя и, тем самым, прием как очень слабых, так и очень сильных сигналов. Новые схемы TST0950 и TST0951 просты в применении и не требуют большого числа внешних компонентов. Цена усилителей – 1,5 долл. (партия 10 тыс.шт.).
Одна из самых экономически эффективных технологий построения SiGe-беспроводных систем предложена фирмой Motorola. Ее инженерам удалось объединить разработанный совместно с институтом высокопроизводительных микросхем (High Performance Microelectronics) во Франкфурте-на-Одере (Германия)* процесс формирования транзисторов на основе кремний-германия с добавлением углерода (SiGe:C) и БиКМОП-технологию. При этом в стандартный 0,35-мкм БиКМОП-процесс введена лишь одна дополнительная технологическая операция. Более того, предусмотрена возможность плавного перехода к 0,18-мкм проектным нормам следующего поколения SiGe:C БиКМОП ИС. Предельная частота НВТ на основе SiGe:C равна 50 ГГц, максимальная – 70 ГГц при напряжении VCE = 2 В и вдвое меньшем, чем у обычных SiGe-приборов, токе.
Квалификационные испытания SiGe:C-технологии планировалось завершить в конце 2000 года, а к промышленному производству схем приступить в начале 2001-го. Одно из первых изделий, выполненных по новой технологии, – двухдиапазонный CDMA входной блок сотового приемника, содержащий малошумящий усилитель, смеситель, ГУН и трансформаторные элементы, выполненные на основе медной металлизации (рис.10).
Число фирм, стремящихся выйти на рынок SiGe-устройств, непрерывно растет. В начале 2000 года фирма Conexant объявила о выпуске SiGe БиКМОП однокристальных трансиверов семейства СХ72300, содержащих ГУН, синтезатор частоты, усилитель мощности, малошумящий усилитель, индикатор интенсивности принимаемого сигнала. Напряжение питания схемы – 3,3–1,8 В, потребляемый в режиме приема и передачи ток – 14 мА. Трансивер предназначен для беспроводных систем на частоту 2,4 ГГц Bluetooth-стандарта с дальностью действия до 10 м. Разработку SiGe-приборов для беспроводных систем связи и быстродействующего сетевого оборудования ведут фирмы Infineon Technologies, Maxim Integrated Products, Philips Semiconductor, STMicroelectronics.
В стремлении улучшить характеристики SiGe-приборов без увеличения их стоимости ученые Bell Labs предложили структуру транзистора с самосовмещенной базой. Для формирования субколлекторной области транзитора вместо эпитаксиального выращивания проводится ионная имплантация. Предельная частота НВТ равна 52 ГГц, максимальная – 70 ГГц. SiGe НВТ с самосовмещенной селективно выращиваемой эпитаксиальной структурой и максимальной частотой 107 ГГц создан на фирме Hitachi. Время задержки сигнала ЭСЛ-вентиля на базе этого транзистора составляет 6,7 пс при токе переключения 1,3 мА.
Но применение новой технологи, очевидно, не ограничится только беспроводными системами связи и сетевым оборудованием (хотя рынок этих устройств огромен). Компания Tektronix сообщила о применении SiGe-компонентов фирмы IBM в цифровом осциллографе серии TDS7000. Это первое контрольно-измерительное устройство на базе новой технологии.
Очевидно, в дальнейшем можно ожидать объединения SiGe с такими новейшими технологиями, как кремний-на-изоляторе, встроенными ДОЗУ и флэш-памятью. Достигнув совершеннолетия в конце ушедшего тесячелетия, SiGe-технология оказалась одной из самых перспективных технологий будущего тесячелетия.
Electronic Design, July 10, 2000.
www/ chips.ibm.comwww.atmel.com
www.mot.com
Поддержка SiGe-программы Великобритании
Правительство Великобритании намерено ассигновать Университетскому консорциуму 4,3 млн. фт. ст. на продолжение работ в области SiGe БиКМОП-технологии. Проектирование микросхем, выращивание материала и разработка технологических процессов будут проводиться в университетах Кэмбриджа, Глазго, Лондона, Ньюкастла, Шефильда, Саутгемптона. Решение принято благодаря весьма обнадеживающим результатам, полученным в ходе предыдущей трехлетней программы. Разработчики надеются, что новые ассигнования позволят реализовать на базе новой технологии самые разнообразные устройства для беспроводных и широкополосных систем связи. Проект поддерживают фирмы Daimler-Chrysler, Infenion Technologies, Mitel Semiconductor и Avanti.
Продажи СОЗУ компенсируют спад спроса на ДОЗУ
Samsung готова биться об заклад, что продажи СОЗУ возместят любое снижение доходов из-за падения спроса на ДОЗУ. Статическая память в отличие от динамической не столь зависима от рынка ПК, темпы прироста которого сейчас снижаются. На этот рынок поступает более 70% ДОЗУ, выпускаемых фирмой, и лишь 5% СОЗУ. Это объясняется тем, что в последние годы кэш-память все чаще интегрируется в микропроцессорный чип ПК. Поэтому сегодня 50% СОЗУ фирмы предназначены для средств связи, в основном сотовых телефонов. Почти половина ИС СОЗУ еще и сейчас изготавливается по 0,35-мкм технологии, вторая половина – с 0,22-мкм проектными нормами. В 2001 году фирма планирует уже выпускать СОЗУ по 0,22- и 0,15-мкм технологиям (в отношении 50:50).
В 2000 году Samsung оценивает свои продажи СОЗУ примерно в 1,8 млрд. долл., или в 25% мирового рынка этих устройств, который по прогнозам должен составить 6 млрд. долл. В этом году фирма надеется увеличить долю СОЗУ в мировых продажах до 30%. Пока спрос на СОЗУ опережает предложение. И эта ситуация сохранится до марта–апреля 2002 года.
www.eetimes.com/story/OEG20010103S0008
Elpida Memory – новый влиятельный центр разработки ДОЗУ
Японские гиганты электроники – NEC и Hitachi – намерены восстановить лидерство на мировом рынке ДОЗУ. Для этого в апреле 2000 года они объединили свои усилия по разработке ДОЗУ и организовали совместную компанию, получившую в сентябре название Elpida Memory (от греческого elpis – “надежда, упование”). В 80-е годы эти фирмы господствавали га рынке схем памяти, но затем потеряли лидерство и их рейтинг заметно упал. Сегодня они надеются, что их совместное предприятие начнет первым осваивать новые технологии ДОЗУ. По оценкам аналитической фирмы Semico Research, Elpida Memory может войти в пятерку ведущих производителей ДОЗУ. В 1999 году этот список возглавляли фирмы Samsung Electronics (23% продаж), Hyundai Electronics Industry (19,3%) и Micron Technology (16,1%).
Успеху новой компании будут способствовать крепкие деловые контакты фирм NEC и Hitachi с поставщиками серверов и настольных компьютеров, соответственно. На рынке Elpida появилась в благоприятный момент: средние цены на ДОЗУ поднялись, возросла потребность в схемах памяти для средств связи и бытовой техники, а жизненный цикл средств связи, в отличие от настольных компьютеров, достаточно большой – примерно 10 лет.
Elpida Memory должна будет выпускать все типы ДОЗУ, включая SDRAM, DDR, RDRAM и VCM (ЗУ с виртуальным каналом). При создании новой компании сообщалось, что в январе 2001 года она начнет опытные, а во втором квартале промышленные поставки 256-Мбит ДОЗУ, выполненного по 0,13-мкм технологии. Микросхема будет выпускаться с SDRAM и DDR-организацией.
В сентябре на фирме Elpida работали 200 человек, к весне 2001 года их число должно возрасти до 750.
Президент фирмы Elpida Memory – Кенджи Токуама, ранее работавший на NEC. Исполнительный вице-президент – Токумаса Ясуи представляет Hitachi.
Electronic Business, 2000, Nov.
Сегнетоэлектрическая память
Жив курилка!
Ramtron – фирма, первая начавшая разработку сегнетоэлектрической памяти, готовится к стремительному росту рынка энергонезависимой памяти. Не сумев пока разработать структуру ячейки памяти, которая позволила бы создать сегнетоэлектические ДОЗУ (СэДОЗУ) емкостью в несколько мегабит (СэДОЗУ емкостью 1 Мбит стоит 20 долл. и не может конкурировать на рынке с дркгими типами памяти), фирма пошла по пути создания встроенных устройств, в которых ячейки памяти объединены с логикой.
В новой схеме, названной энергонезависимой логикой, ячейки сегнетоэлектрической памяти используются для хранения логических состояний. Первая схема этого типа – простое логическое устройство, заменяющее стандартную восьмеричную защелку с D-триггером. Защелка сможет использоваться для дублирования драйвера ЖК-индикатора при его повторной загрузке. Другое назначение схемы – сохранение последних выводимых данных системной шины перед отключением питания с тем, чтобы возобновить работу системы с точки, в которой она завершилась при предыдущем обращении.
Ramtron не прекратила разработку “чистых” ДОЗУ и намерена в 2001 году начать промышленный выпуск схем памяти емкостью 1 Мбит. Совместно с Fujitsu ведется работа по созданию СэДОЗУ следующих поколений с минимальными размерами элементов 0,35 мкм. Исследуется возможность перехода к 0,25-мкм технологии. Усовершенствован процесс изготовления сегнетоэлектрических устройств, одна из основных проблем которого – снижение выхода годных из-за загрязнения технологического оборудования при обработке такого сегнетоэлектрика, как цирконат-титанат свинца (PZT). Платиновые электроды, использовавшиеся в технологическом оборудовании, заменены иридиевыми. Такие электроды оказались хорошо совместимыми с PZT, и их применение позволило удешевить процесс обработки.
Интерес к сегнетоэлектрической памяти проявили также фирмы Infineon Technologies и Toshiba, приступившие с января 2001 года к совместной разработке 32-Мбит СэДОЗУ, которое должно появиться в конце 2002 года. Память будет изготавливаться по 0,25-мкм технологии. Она заменит в мобильных телефонах многокристальный модуль, содержащий СОЗУ с резервным батарейным питанием и флэш NOR-типа. С марта 2001 года планируется совместное продвижение на рынок 8-Мбит СэДОЗУ фирмы Toshiba с так называемой “цепочной” структурой, в которой транзисторы и конденсаторы включены параллельно. В зависимости от потребностей рынка обе фирмы смогут в дальнейшем начать работы по созданию 64М- и 128-Мбит памяти.
Infineon проводит собственную сегнетоэлектрическую программу исследований. Кроме того, она недавно приобрела у Ramtron акции на сумму 10 млн. долл. и инвестировала 20 млн. долл. в отделение Enhanced Memory Systems этой компании. Toshiba имеет лицензии на технологию изготовления СэДОЗУ на базе PZT фирмы Ramtron. Следовательно, фирмы будут разрабатывать по совместной программе PZT СэДОЗУ.
www.electronicstimes.com
www.eet.com
Отзывы читателей
