RF-SOI：毫米波时代射频前端的终极答案？

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www.laoyaoba.com, Aug. 20, 2022 – 

集微网报道 RF-SOI技术的"出镜率"并不算高，但作为一种重要的射频芯片材料技术，它已经无处不在。正如Soitec移动通信部门高级业务发展经理Luis Andia所指出，"日常生活中的很多设备上都有RF- SOI的身影，还有每天使用的物联网设备上，如智能耳机、手表等，而且不限于蜂窝通信，蓝牙、Wi-Fi以及超宽带UWB背后都有其存在。"

RF-SOI已经占据了整个SOI市场最大的份额，由于各种便携设备对射频前端的需求激增，这个份额还会继续扩大。尤其是在射频器件面临着更宽的频谱和更高的数据传输速率这两大挑战时，拥有优异特性的RF- SOI正在成为厂商实现创新、节能和高效解决方案的重要选择。

起飞和加速：两个重要节点

据Luis Andia介绍，RF-SOI首次进入智能手机是在2010年，当时只有RF-SOI可以满足智能手机对高性能开关的需求，因此很快就被应用到射频开关和其他一些射频前端控制器件中。

射频开关是射频系统中的关键器件，对无线信号起到通路选择（路由）的作用。制造射频开关传统的材料是GaAs，优点是射频性能好、击穿电压高，缺点是成本高、难于集成。与之相对，RF-SOI可同时提供优良的射频性能和低廉的成本，并且易于集成，因此逐渐取代了GaAs和更为昂贵的蓝宝石上硅（SOS）技术。

在2016年，随着LTE技术演进而来，出现了更多复杂的射频模块，RF-SOI也随之被应用到天线调谐器以及更多的射频开关当中。而到2018年时，用RF-SOI技术制作的低噪声放大器（LNA）也开始出现。整个RF-SOI产业链开始呈现爆发的趋势。

迦美信芯董事长倪文海认为这得益于RF-SOI具有开发和制造上的独特优势，"除了采用特殊的SOI衬底之外，RF-SOI的工艺和IC设计流程，跟一般Bulk CMOS工艺线非常相似；由于采用12英寸衬底，其成本比传统的P-Hemt工艺低很多，而相对于GaAs, 其集成度则更高。"

倪文海指出RF-SOI是设计开关、LNA的理想工艺线选择，"95%以上的开关采用了RF-SOI；LNA中还有少数厂家采用SiGe或P-Hempt工艺，所以使用率应该在85-95%左右，也属于占据绝对统治地位。"

进入5G时代以后，RF-SOI更加如鱼得水，不但稳固了5G Sub 6GHz频段射频开关的主流工艺地位，还将更多射频器件纳入势力范围。据统计，RF-SOI 器件的比例正在不断增加，Sub-6GHz频段中，RF-SOI含量比4G要高出60%。

沪硅产业相关人士（下称沪硅产业人士）指出其中原因，5G技术大幅度增加了射频前端模块的复杂性，相关射频芯片的数量需求也相应上升，从而导致市场对RF-SOI的需求大幅增长。

Luis Andia亦表示："5G时代，手机需要更复杂和更高集成度的射频模块，除射频开关和LNA外，接近100%的天线调谐器也在使用RF-SOI技术。"

不仅如此，RF-SOI还开始渗透更多的领域，"除了手机之外，各类基站、WI-FI和部分IoT终端设备等，都会使用基于RF-SOI衬底的芯片。"沪硅产业人士表示。

应用和技术：双维度进化

向毫米波频段延伸将是5G发展不可逆的方向，将给RF-SOI提供继续成长的动能。

从特性进行分析，RF-SOI有着完美适配毫米波通信的几大优势。首先，RF-SOI工艺支持的工作频率很高，Ft/Fmax满足毫米波工作频率3~5倍的要求；第二，RF-SOI可以实现器件堆叠（device stacking），可同时提高功率与能效比；第三，RF-SOI工艺采用的衬底降低了寄生效应，制造出来的射频芯片品质因数更高、损耗更低、噪声系数更好；最后，RF-SOI具备后栅极偏压可调（Back-gate bias）功能，利用该功能可微调毫米波射频线路以适应使用需求。

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