5G射频元件诞生半导体材料“新天王”氮化镓和碳化硅接棒成热门
一台智能手机里面装了多少关键芯片？最为人所知的是处理器 AP、存储芯片 DRAM 和 NAND Flash; 其次是肩负信号接收、处理、传输的通信元件，主要由基频芯片、射频收发器、射频前端及天线四大部分组成。
进入 5G，由 Sub-6 和毫米波（mmWave）两种高频频段来实现高速传输，使得 5G RF 前端模组所需要的 PA、滤波器、开关、LNA 和天线调谐器的需求量倍速增加。
为了实现 5G 的高频宽、低延迟、广连结特性，除了 RF 元件需求数量倍增，对于品质、散热、能效等面向要求也更高。RF 业者非常积极寻找新材料来强化效能，并克服技术前方的挑战。
5G 为射频元件厂带来新机遇
谈到 RF 领域新材料的突破，SOI 优化衬底龙头法商 Soitec 显然在 RF SOI 技术上取得了巨大成功。
传统射频开关及低噪声放大器 LNA 衬底材料以砷化镓（GaAs）为主。Soitec 大概在十年前开始考虑关于射频技术的新方案，并基于当时的判断开发了 RF-SOI。凭借成本和尺寸优势，自 2016 年始，RF-SOI 基本完全替代砷化镓衬底。
5G 推动下，射频前端器件量价齐升，更为衬底厂商带来机遇。
在当前的射频 RF 前端芯片市场中，滤波器所占份额超过 50%、功率放大器 PA 超过 30%、开关器件、LNA 以及天线调谐器等其他组件所占份额在 15% 左右。
目前来看，压电绝缘体 (POI) 是声表滤波器的理想衬底，也是满足 Sub-6 GHz 需求的新优选。Soitec 更迈出关键一步，已与高通签署有关为 4G/5G RF 滤波器提供 POI 衬底的商业协议。
Soitec 的 150mm POI 衬底已进行大规模量产，产能预计扩张至 50 万片 / 年。
在功率放大器 PA 方面，其功能是将电磁波的功率放大，让讯号能稳定从装置发送出去，因此负担的功耗非常大。
由于氮化镓 GaN 材料的散热特性、功率特性能够较好满足 5G 基站要求，且成本制约不明显，有望成为基站 PA 主流材料。
Soitec 曾在 2019 年并购了 EpiGaN（现已更名为 Soitec Belgium），现在这个业务单元已融入整体业务。同时，Soitec 也获得了很多客户的氮化镓 GaN 晶圆供货资质。
在碳化硅 SiC 材料上，目前引入碳化硅 SiC 元件车厂的数量大大增加，电动汽车成为碳化硅产品最主要的增长驱动力。
Soitec 也与应用材料公司一起合作开发碳化硅产品，已经开始了第一批试产，研发样品已经交付给这个行业。
产能方面，Soitec 位于法国的三家工厂正全马力、全产线投入 SOI 生产的工厂，并逐步扩大 POI 产品的产能。在新加坡，Soitec 建设了 300mm SOI 晶圆制造工厂。在中国，Soitec 与新傲科技达成合作，扩产上海 200mm SOI 晶圆厂。
用产品组合回应趋势
2021 财年第三季度，Soitec 收入达 1.49 亿欧元，较上财年同期增长 15%。展望 2022 财年，Soitec 预计销售额将达到 9 亿美元以上，5G、汽车、边缘计算是主要的驱动力。其次是 “抓住了未来的大趋势”。
Soitec 全球战略负责人 Thomas Piliszczuk 指出，对于半导体行业及整个电子产业而言，5G、人工智能及高效节能是近十年的主要驱动力。优化衬底在上述三种趋势中均扮演着关键角色，在主要应用领域的采纳率也逐年提升。
SOI 为绝缘层上覆硅技术，主要是在硅基板上增加绝缘层，可使复杂的制程较易处理。
射频前端市场是 SOI 最大下游市场，其中 RF-SOI 已经成为射频前端模块的标准，涵盖开关、天线、调节器、低噪、放大器及 Sub-6GHz 的应用。
Soitec 不仅提供 SOI 相关产品，还为芯片厂商开发、制造和提供基于 Soitec 工程衬底的新材料。基于 Smart Cut、Smart Stacking 等技术及不同材料的堆叠，Soitec 可以开发出不同的优化衬底。
Soitec 首席运营官兼全球业务部主管 Bernard Aspar 介绍，利用压电材料，可以生产出用于滤波器的 POI（压电绝缘体）；用碳化硅 SiC 材料或者是氮化镓 GaN 材料，也可生产基于它们的相应的产品。
“产品组合” 指的是 Soitec 可以根据应用领域的需求设计和生产不同的衬底产品。
面向 5G，Soitec 提供 RF-SOI、FD-SOI、Power-SOI、Photonics-SOI、Imager-SOI; 面向汽车领域，Soitec 有 FD-SOI、Power-SOI、RF-SOI、氮化镓，以及正在研发的碳化硅。
Bernard 表示，Soitec 要做的就是从充分理解行业、客户的需求，做出适应他们需求的优化衬底。
加紧布局中国市场
国际半导体产业协会 (SEMI) 近期上调了全球半导体材料市场预测，我国将超越韩国位居全球第二。Soitec 深知中国在半导体领域不断凸显的角色，表示将继续深耕中国市场。
Soitec 全球销售主管 Calvin Chen 介绍，Soitec 目前在国内跟多个客户达成超过 30 个项目合作，涉及主流产品和正在开发的新材料、新产品，其中有几个项目会在一年之内进入试产和量产的阶段。
他指出，RF-SOI、Power-SOI 这类产品已经成为业界标准，终端客户采用率非常高，预计会很快会兑现大额营收。
Soitec 中国区战略发展总监张万鹏先生表示，中国一直是 Soitec 最重要的市场之一，Soitec 希望能够把最新、最好的行业经验带到中国来。同时，Soitec 也希望参与建设行业生态，且不仅仅局限于 5G、AIoT 及电动汽车领域。
张万鹏进一步指出，希望能够加强与本地行业伙伴的合作，建立灵活的商业合作模式，获得本地供应链及本地支持，例如与新傲合作对 Soitec 帮助很大。
Soitec 的全球战略负责人 Thomas Piliszczuk 也补充，中国市场对 Soitec 的碳化硅产品有着巨大需求，目前已与中国多家公司，包括设备厂商与汽车品牌，进行碳化硅领域的评估与合作。
从 Soitec 的布局可看出，从绝缘层上覆硅（SOI）到压电绝缘体（POI），再到氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等各种新材料都不断扩展的产品线与业务进展。
Piliszcczuk 强调，“对于趋势的预测，是助力我们在行业获得成功的重要能力。”
Soitec 过去在射频开关及 LNA 衬底材料上，基于对未来趋势的判断，成功开发 RF-SOI 取代传统砷化镓 GaAs。未来在 5G 的机遇下，带给材料供应商的技术革新与机会，相信会给半导体供应商更多机会、惊喜与挑战。