磷化铟,异军突起
AI引爆全球新一波科技浪潮,并将光通讯产业引领至崭新的材料革命时代,磷化铟(Inp)因具备直接能隙、极高电子迁移率以及高耐热性与抗辐射等三大特性,变成为AI市场新宠儿。
业界分析,相较传统的矽或砷化镓,磷化铟更适合用于AI伺服器中的光通讯传输,主要因为磷化铟具备直接能隙的特性,意即可将电能转化为光能,这也是光通讯的基础特性,且磷化铟的电光转换效率高,能让伺服器功耗进一步下降,缓解AI数据中心耗电量大的问题。
其次,磷化铟具有极高电子迁移率的优势,电子移动速度极快,可实现高速传输,例如800G、1.6T等高速传输规格,此特性有助于提升AI数据中心在接收资讯与反馈资讯的效率,强化终端用户的使用者体验。
第三,磷化铟具备高耐热性与抗辐射的特性,这对长时间在高温环境下运作的AI伺服器或AI数据中心而言相当重要,磷化铟材料所制成的光通讯芯片或模组将更稳定,且可靠度高。
化合物半导体的重要拼图
以磷化铟为基板所衍生的高速电子元件,其速度表现是目前人类所能制作出元件的极致,主要应用场域在次毫米波(sub-mm wave;30~300 GHz)的频段。但是长久以来一直是个小众的市场,如国防、太空以及无线电天文台的接收器。目前5G的行动通讯以及低轨道卫星(LEO)通讯,已经进入了毫米波的纪元,未来在频宽持续的需求下,载波的操作频率势必会往更高频的方向走,磷化铟的重要性就不可言喻了。
磷化铟的异质结构双极性电晶体(InP HBT),是我个人认为最梦幻的超高速电子元件,因为InP/InGaAs的异质结构是在HBT元件里的最佳选择,它的优越性超越了砷化镓GaAs HBT以及相关的HEMT。 5G毫米波(mmWave)的手机目前仅能在有限的时间,需要大量的数据传输中使用,主要原因在于毫米波的功率放大器的效率不佳,一般都在50%以下,使得手机的电池不足以维持长时间的使用。而磷化铟HBT是有机会突破此一瓶颈,让毫米波行动通讯能更为普遍。
磷化铟除了在高速元件有资格大放异彩外,在光通讯所需的半导体激光也扮演举足轻重的角色。波长在1.55微米的激光是在光纤内传输能量损耗最低的,而也只有以磷化铟为基板的半导体激光可达到此长波长。过去一直以来相关的应用都局限在长距离的光纤通讯,如海底光缆及都会区的主干光纤网路,属于利基型的市场。但随着云端数据中心的快速成长,相对的需求也逐步水涨船高,同时半导体激光所需承载的数据也高达每秒100 Gbit,这一切都需要磷化铟化合物半导体。
磷化铟由于长久以来,其应用的领域大都在小众的利基市场,也因此产业规模相对狭隘,导致一般的刻板印象是价格昂贵,甚至有些产品还在使用2吋的晶圆。但随着应用的出海口逐步打开,磷化铟相关的技术在20多年前就已开发的相当完备,若此时能超前部署,就会是机会。
(来源:半导体行业观察综合)
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