ST가 GaN RF 산업에서 GaN-on-Si를 선택한 이유

2020.07.27 17:14:22

이나리 기자 eled@hellot.net

[헬로티]


전세계 질화갈륨 나이트라이드(GaN) RF(Radio Frequency) 시장은 무선 인프라 및 방위 등두 가지 애플리케이션을 중심으로 2024년까지 20억 달러에 도달 할 것으로 전망된다

(Yole Développement). 


 

GaN RF 산업을 지배하고 있는 GaN-on-SiC(실리콘카바이드)는 4세대 LTE(Long-Term Evolution) 무선 인프라 시장에 자리매김 하고 있고, 5G의 6GHz 이하 구현에서 RRH 아키텍처에 사용될 것으로 예상된다. 최근 5G 서브-6GHz 능동 안테나 및 대규모 다중 입·출력(MIMO) 배치에서 비용000 효율적인 LDMOS를 탑재한 GaN 솔루션을 사용하려는 시도가 있었다. 



참고로 LDMOS(Later.ally Diffused Metal Oxide Semiconductor) 디바이스는 짧은 길이의 전도 채널과 높은 항복전압을 통합해 상업용 및 산업용 시스템을 위한 전력 증폭기뿐 아니라 무선 통신 시스템용으로 기지국에도 필수적인 부품이다.


그러나 이런 방법은 비용면에서 5G의 대규모 출시에는 지속될 수 없다. 따라서  GaN-on-Si는 8인치 웨이퍼 생산을 확장 할 수 있는 잠재적인 방법이며, 본격적인 5G  대중화를 위해서 비용 효율적인 솔루션으로 꼽히고 있다. 


GaN-on-Si RF 산업에서 ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST)는 마콤(MACOM)과 협력을 통해 5G 기지국 애플리케이션을 타겟으로 GaN-on-Si(실리콘)을 150mm와 200mm 웨이퍼에서 생산함으로써 용량 확장에 나섰다. 또 ST는 프랑스 원자력청(CEA) 산하 전자정보기술연구소 레티(이하 CEA-Leti)와 함께 200mm 웨이퍼 상에서 첨단 GaN-on-Si 다이오드와 트랜지스터 구조를 개발하고 있다. 


이와 관련해 ST의 자동차 제품 그룹의 신소재 및 전력 솔루션 부서의 Filippo Di Giovanni 마케팅 이사를 만나 인터뷰를 진행했다(자료: Yole Développement). 


Q. 지금까지 대부분의 GaN RF 제품은 GaN-on-SiC 기술을 기반으로 생산됐다. ST가 RF 제품을 위해 GaN-on-Si를 선택한 이유는 무엇인가? 

GaN-on-Silicon은 경쟁사의 GaN-on-SiC 솔루션에 비해 상당한 비용 이점을 제공하기 때문에 RF 제품을 위한 LDMOS를 대체 ​​할 준비가되어 있다. 또한 ST의 GaN-on-Si는 RF 제품의 램프 업 및 확장성을 향상시킨다. 


Q. GaN-on-SiC 기반 제품도 개발하고 있나? 

각각의 장점과 단점이 있다. GaN-on-Si는 오늘날 8인치로 쉽게 확장 할 수 있다. 이는 초기 5G 시장에 공급하기 위해 생산을 늘리기 위한 매우 중요한 전제조건이다. 


Q. ST의 GaN-on-Si RF 제품 포트폴리오는 무엇인가?

ST GaN-on-Si 포트폴리오는 통신, RF 에너지 및 ISM을 위한 대부분의 RF 애플리케이션을 포괄하고 있다. 


Q. ST는 MMIC 및 패키지형 디스크리트 트랜지스터를 모두 개발할 예정인가?

그렇다. 고객 중심 기술 회사로서 고객이 필요로 하는 곳에서 기술과 전문 지식을 사용할 것이다. 


Q. ST의 GaN-on-Si RF 제품의 특징은 무엇인가?

ST의 GaN-on-Si 제품은 높은 전력 이득 및 효율성, 비용 효율성 및 사용하기 쉬운 사전 왜곡을 제공하여 선형성 문제를 해결한다.  


Q. 5G 밀리미터파(mmWave) 애플리케이션에 관한 기술 노드 측면에서 GaN-on-Si RF 제품의 기술 로드맵은 무엇인가? 

오늘날 ST의 우선 순위는 6GHz 미만의 개발이다. 현재 스케일 다운 변형에 대한 시뮬레이션이 진행 중이다. 


Q. 디바이스는 IQE가 개발한 에피(Epi) 웨이퍼를 사용하고 ST의 카타니아(Catania) 팹에서 6인치 웨이퍼에서 생산되지만 충분한 수요가 있는 경우에는 공정은 8인치와 호환된다고 알고 있다. 이 정보가 맞는가?

ST의 RF GaN-on-Si 생산 라인은 이탈리아의 카타니아 150mm 팹이다. 에피 웨이퍼 공급 업체는 공개 할 수 없다. 


Q. 8인치로의 전환이 언제 예상되며 이 전환의 주요 과제는 무엇인가? ST의 GaN-on-Si 공정의 현재 및 목표 용량을 공개 할 수 있는가?

ST는 기술 로드맵과 예상되는 양적 성장을 지원하기 위해 제조 라인을 200mm로 확장 할 계획이다. 


Q. GaN-on-Si RF 제품의 상용화 일정은 언제인가? 통합 GaN RF 솔루션을 개발할 계획인가? 

GaN-on-Si RF 제품 상용화는 2020년을 목표로 하고 있다. 다른 ST 제품 그룹과의 시너지를 활용하여 GaN-on-Si RF 모듈을 만들 것으로 계획하고 있다. 


* 본 기사는 <전자기술 9월호>의 커버스토리 기사의 일부 입니다.

 

① ‘질화갈륨(GaN) 반도체’ 중간점검, 기술 경쟁은 계속된다

② [이슈] GaN 기술을 확보하기 위한 방법: 인수합병 또는 기술협력

③ 반도체 기업, GaN 기술 개발 어디까지 왔나?

④ ST가 GaN RF 산업에서 GaN-on-Si를 선택한 이유 

⑤ TI, GaN와 함께 하는 미래 

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