作者：射频产品线总监 Arvind Narayanan
 

20 世纪 80 年代末和 90 年代初，在纽约和佛蒙特这两个地球上最不被人看好的地方，一场悄无声息的半导体革命正在形成。由于摩尔定律和硅（Si）CMOS 晶体管的缩小抢占了所有新闻和头条，即使是最书呆子的半导体发烧友也不会不关注。  

一群工程师悄然掀起创新浪潮，在硅双极结型晶体管中加入锗（Ge）元素，大大改善了器件特性，有望实现极佳的射频和高速模拟晶体管性能。他们采用分级锗硅锗基晶体管的开创性工作，为 8 英寸晶圆上的硅锗 BiCMOS 技术在商业上取得成功奠定了基础，这些技术适用于各种射频/无线和毫米波通信应用 - 这种成功和广泛采用，只有块状 CMOS、砷化镓（GaAs）和射频绝缘体上硅（SOI）等少数半导体技术才能与之媲美。  

在过去的 15 年中，GF 一直走在 SOI 技术创新的前沿，而作为 SiGe BiCMOS 技术进步的火炬手，GF（前身为 IBM Microelectronics）的技术开发人员和工程师已经传承和承担了四十多年的责任。让我们再追溯一下这段历史，重温一下 SiGe 的故事，看看下一步会发生什么，先辈们称其为 "一个坚持不懈的故事"[1]。  

GF SiGe 的历史： 一个部分之和大于整体的故事 

"一个并不卑微的开始 

任何系列的第一部分通常都会给人留下深刻的印象，而 GF 首项商业上成功的 SiGe 技术正好符合这一要求。十多年前，就在智能手机时代开始统治全球之际，名为 SiGe5PAe 的 0.35um SiGe BiCMOS 技术[2]为 SiGe 进入 Wi-Fi 功率放大器（PA）领域奠定了基础。该技术帮助功率放大器设计人员以最低成本实现高输出功率、线性度和效率等技术性能指标（FoM）的最佳组合。  

随着 Wi-Fi 需求的增长和新 Wi-Fi 标准对性能要求的日益严格，GF 继续通过各种 SiGe5PAXe 和 SiGe5PA4 版本对基础平台进行改进，包括高电阻率基底选项，从而实现了将射频开关和低噪声放大器 (LNA) 与功率放大器集成在一起的全前端 IC。每种产品都进一步推动了 Wi-Fi 功率放大器性能的发展，在提高功率放大器性能的同时，还增强了功率放大器的可靠性和坚固性，以适应先进的 WiFi 标准。表 1 显示了 GF 350nm SiGe BiCMOS 技术在不同应用和细分市场中的关键特性。 

GF 的 0.35um SiGe 技术在高端智能手机和平板电脑上提供了无缝 Wi-Fi 体验，这一不起眼的尝试最终取得了巨大的商业成功。如今，这些技术在智能手机的 Wi-Fi 前端模块 (FEM) 中使用的功率放大器中仍占据主导地位，并在功率放大器前置驱动器等无线基础设施应用中获得了广泛应用。  

"太空及太空以外的巨大飞跃" 

通常情况下，续集很少比原故事或系列更好。但也有例外，例如 GF 的 130 纳米 SiGe 技术就是无线和有线通信领域多种产品和应用的验证点 [3] [4]。这些技术中的 SiGe 异质结双极晶体管 (HBT) 具有高频和高电压处理特性，可用于毫米波和 SATCOM 功率放大器和低噪声放大器、汽车雷达、无线回程和高速模拟接口驱动器等多种应用。.  具体而言，GF 的 SiGe8WL、SiGe8HP 和 SiGe8XP 技术率先将高性能 NPN 晶体管与高质量毫米波和分布式无源器件（如传输线和微带）集成在一起，从而实现了上述应用。 

"当征服太空还不够时"  

2014 年，GF 凭借领先的 SiGe 创新技术推出了全球首款 90nm SiGe BiCMOS 技术 SiGe9HP [5]，随后又通过 SiGe9HP+ [6]实现了业界领先的 NPN 性能提升。如今，这两种技术结合在一起，形成了市场上最全面、最具竞争力的 SiGe 技术之一。凭借先进的 CMOS 集成以及低损耗金属化和高电压 LDMOS 等一系列特性，该技术实现了最先进的数据中心应用，如用于高速光通信的互阻抗放大器 (TIA) 和驱动器，以及其他高性能模拟应用，如高带宽模数转换器 (ADC) 和太赫兹成像与传感。 

"革命没有终结" 

随着人工智能时代的到来，人们对更高带宽、更快数据传输速率或更远通信距离的需求日益增长。经过四十年的持续创新，GF 再次为满足现代通信需求的 SiGe 技术的下一次革命做好了准备。最近，GF 在 45nm SOI 平台上发布了业界最高性能的 SiGe HBT（415/600 GHz ft/fmax）[7]，并通过Globalshuttle 多项目晶圆 (MPW) 计划，积极与早期客户合作开发业界首款高性能互补 130nm SiGe BiCMOS 技术 130CBIC。表-4 列出了 130CBIC 的主要特性，这些特性可实现广泛的应用。 

展望未来，一个发展方向可能是进一步提高 HBT 的 ft/fmax，以满足数据中心光网络和 Genative AI 应用对先进光收发器的要求。然而，随着 GenAI 逐渐渗入智能手机，射频前端模块或相关元件在现有功率水平下降低功耗或提高射频性能（低噪声和高增益）的需求也就顺理成章了。此外，随着宽带互联网接入不断向全球各个角落延伸，SiGe HBT 的性能和成本也可针对消费类卫星地面终端应用进行优化，帮助下一个 40 亿用户接入互联网。  

当 CMOS 在摩尔定律上碰壁时，SiGe 的真正潜力可以进一步释放，并以更大的规模经济实现对射频/高速性能和功能要求苛刻的应用。 

如需进一步了解 GF SiGe 技术如何支持您的下一代射频和高性能应用，请随时通过gf.com与我们联系。  

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Arvind Narayanan 是 GlobalFoundries 射频产品线的产品管理总监。他负责 SiGe 和 RF GaN 战略路线图，并管理相关产品组合。 他在 GlobalFoundries 工作了六年多，担任过多个面向客户的职位。 

参考资料 

[1] D. L. Harame、B. S. Meyerson，"IBM SiGe 混合信号技术的早期历史"，载于《IEEE 电子器件学报》，第 48 卷，第 11 期，2001 年 11 月。 

[2] A. Joseph 等人，"用于功率放大器应用的 0.35 gm SiGe BiCMOS 技术"，IEEE BCTM 2007。 

[3] B. A. Orner 等人，"采用 200/280 GHz (fT/fmax) SiGe HBT 的 0.13 µm BiCMOS 技术"，《Proc. IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technol.会议，2003 年，第 203-206 页 

[4] P. Candra 等人，"用于毫米波应用的 130nm sige bicmos 技术，具有 260/320 ghz fT / fMAX 的 hbt"，电气与电子工程师协会射频集成电路研讨会，第 381-384 页，2013 年。 

[5] J. J. Pekarik 等人，"面向毫米波和高性能模拟应用的 90nm SiGe BiCMOS 技术"，2014 年 IEEE 双极/BiCMOS 电路和技术会议 (BCTM)，美国加利福尼亚州科罗纳多，2014 年，第 92-95 页 

[6] U. S. Raghunathan 等人，"90 纳米 BiCMOS 工艺中 SiGe HBT 的性能改进，fT/fmax 为 340/410 GHz"，2022 年 IEEE BiCMOS 和化合物半导体集成电路与技术研讨会 (BCICTS)，美国亚利桑那州凤凰城，2022 年，第 232-235 页 

[7] V. Jain 等人，"在 45 纳米 PDSOI BiCMOS 工艺中集成 415/610GHz fT/fMAX SiGe HBT"，2022 年电气和电子工程师学会国际电子器件会议 (IEDM)，第 266-268 页。  

作者：Kevin Soukup
硅光子产品线高级副总裁  

GlobalFoundries (GF) 于 2022 年首次推出了革命性的 GF Fotonix™ 平台，主要用于光互连。通过 PAM4 信令，该平台的额定速率高达每波长每秒 100 千兆比特（100G/λ）。我们的第一代 GF Fotonix 平台具有极快的数据传输速率和高达 10,000 倍的系统错误率改进，在实现更快、更高效数据传输的光芯片方面迈出了重要的一步。  

这些成就已证明是成功的，并确立了 GF 在硅光子领域的领先地位， ，但我们并未止步于此。让我们来看看我们在 GF Fotonix 平台上取得的一些最新进展，包括设计灵活性的提高、带宽的升级以及最新宣布的先进封装和光子中心开发的全套交钥匙支持。 

极高的灵活性 

GF Fotonix 平台的开发旨在为客户提供极大的灵活性，以满足各种应用和细分市场的设计要求：  

• 工艺灵活性：根据客户的应用和系统要求，GF Fotonix 工艺可作为集成光子 + 射频 CMOS 流程或纯光子流程运行。 
• 自由形式设计：只要定制器件符合设计规则，该技术就能实现自由形式的无源元件设计。制程设计工具包 (PDK) 通过为业界领先的器件模拟器提供技术文件支持，为定制光子器件设计提供本机支持。 
• "慢而宽 "与 "快而窄"：GF Fotonix 支持实现波分复用 (CWDM) 和密集波分复用 (DWDM)，从而提供了设计灵活性，优化了海滨密度（沿芯片边缘的带宽密度）。PDK 中提供波分复用所需的组件，如热敏复用器/解复用器以及微环和耦合环谐振器组。 

从高流量人工智能数据中心到下一代高级驾驶辅助系统，我们一直在与所有终端市场的客户合作，以了解他们的设计要求，并增加功能和先进性，使他们的芯片更上一层楼。 

带宽加倍 

第二代 GF Fotonix 支持 200G/λ，带宽速度比上一代产品提高了一倍，以支持 "快速窄带 "架构。我们还升级了所有有源光子器件，如调制器（微环、马赫泽恩德和环辅助马赫泽恩德）、光电二极管和晶体管，以支持单片集成。在调制器组的产量方面取得了突破性进展，支持多蓝斑 "慢而宽 "架构。 

IOSMF（基于 V 形槽的无源光纤耦合器）在两个方面进行了有意义的升级。首先，单个 V 形槽的间距从 250μm 减小到 127μm，从而将光滩前沿密度提高了 2 倍。其次，我们增加了对氮化硅（SiN）点尺寸转换器的支持，将功率处理能力提高了 4 倍以上。 

考虑到共同封装的要求，我们一直在与几家供应商合作开发晶圆级和芯片级可拆卸光纤连接解决方案。在今年 4 月于旧金山举行的 2025 年光纤通信大会暨展览会（OFC）上，我们将展示这些解决方案的一些演示。

最后，我们还增加了对穿过光子集成电路 (PIC) 的硅通孔 (TSV) 的支持。该功能允许在 PIC 上进行电气 IC 的 2.5D/3D 堆叠。这些 TSV 可用于高速信号、功率传输和散热。 

先进封装与光子中心 

今年早些时候，GF 宣布在我们位于纽约的制造工厂建立一个同类首创的先进封装和测试中心。这个新中心将使我们能够完全在美国本土对纽约工厂生产的芯片进行加工、封装和测试，帮助我们满足汽车、通信基础设施、航空航天和国防等关键终端市场对我们重要芯片安全供应链日益增长的需求。  

通过这个新中心，GF 现在能够为我们的硅光子芯片提供交钥匙解决方案，包括先进的封装、组装和测试服务，将芯片转化为可用于终端产品的独立封装。在知识产权方面，我们将继续发展我们的 GlobalSolutions 生态系统，提供来自行业专家的经过验证和硅验证的知识产权解决方案，这些解决方案可以轻松集成到 GF Fotonix 上，为您打造最先进的定制集成电路。  

要了解有关 GF Fotonix 以及我们的硅光子工艺技术如何支持您的下一代光纤通信设计的更多信息，我们将参加 4 月 1 日至 3 日在旧金山举行的 OFC 2025。请莅临我们的 3220 号展位，与我们的技术代表交流，并参观基于 GF Fotonix 的封装 IC 样品。我们希望在那里见到您！ 

Kevin Soukup 是 GF 硅光子产品线的高级副总裁，负责领导公司的硅光子业务，帮助客户通过高速、高能效的电子光学系统传输大量数据。

作者：Ashish Shah
GlobalFoundries 航空航天与国防事业部副总监 

航空航天和国防领域的发展日新月异，对更先进、更可靠技术的需求推动了这一领域的发展。在这一终端市场中，通信、导航和识别（或称 CNI）是我特别热衷和关注的领域。GlobalFoundries (GF) 射频（RF）和毫米波（mmWave）半导体对于这些系统的性能和可靠性仍然至关重要，能够满足 A&D 市场的独特需求。让我来告诉您如何以及为何如此。 

从国防到急救人员 

传统上，雷达系统一直用于识别商业、航空航天和国防领域的飞机。多年来，雷达技术已转向相控阵雷达技术。相控阵雷达可以从同一物理结构中发射和接收多个波束，从而使系统更加精确、省电和经济。除了同时跟踪多个信号外，相控阵波束还可以进行电子转向或波束成形，从而提供比前几代雷达更强大的功能。 

由于性能增强，相控阵已成为这种波束成形的首选技术。具有射频和毫米波功能的 GF 芯片是这项技术的关键推动因素，有助于推动国防和商业客户在雷达领域的创新。  

我们的芯片还处于多模式、多标准无线电开发的最前沿，这些无线电非常灵活，可处理非常宽的频率范围，并能在不同的通信域（如 5G 和专有信号）之间无缝切换，而无需多种物理无线电设计。  

这对急救人员和国防通信都至关重要，可确保在各种截然不同的环境中实现可靠的双向连接。无线电需要能够动态搜索环境，例如检测到良好的 5G 信号。它将在信号可用时使用该信号，但当 5G 信号变弱时，雷达将无缝切换到其他信号或专用信号。这一功能在安全通信中也发挥着关键作用。 

高能效、高性价比 

现在，我们的客户可以将频率从大约 100 兆赫兹提高到超过 15 千兆赫兹，从而在电磁频谱中提供非常宽的孔径。这种宽频能力可以提供更高效、更具成本效益的解决方案，因为一种硬件设计可用于多种应用，其余处理则在软件中完成。这种方法减少了对多个特定频率设计的需求，从而提高了能效和成本效益。 

这一应用对急救人员和国家安全都具有重要意义，是 GF 双重用途战略的典范，在这一战略中，我们将我们的技术用于国防和商业应用。它使我们的航空航天国防客户能够利用 GF 高容量制造的规模经济效益，同时获得额外的优化、性能和安全功能要求。 

值得信赖的射频和 SiGe 解决方案 

GF 推动 CNI 创新的核心是我们的射频 SOI 产品线，包括 45RFSOI 和 45RFE 解决方案，它们从频率响应的角度提供了更高的性能。与其他技术相比，这意味着器件可以在最高频率下工作，而功耗却最小。GF 的硅锗（SiGe）产品线，包括我们的 8XP 和 9HP 平台，也在 CNI 中发挥着关键作用。这些技术带来了最高级别的射频性能，使我们的客户能够在确保尽可能低功耗预算的同时推动频率的发展。 

除了优化性能和能效，我们的客户还关注安全性。GF 位于纽约和佛蒙特州的制造工厂获得了可信代工厂认证，并与美国政府合作制造安全芯片。作为一家拥有数十年经验的可信代工厂，GF 在接受机密信息和制造机密芯片方面拥有极其严格的流程、设备和监督，以确保芯片的安全和不受损害。  

随着我们新宣布的先进封装和光子中心的成立，这种能力将扩展到后期制作服务。在我们的 "可信代工厂 "认证下，这个同类首创的中心将为航空航天和国防客户提供先进封装、凸块、组装和测试的全套交钥匙服务，使敏感的国家安全系统中使用的芯片在生产过程中永远不会离开美国。  

与我联系 

在 GF，我们致力于提供最先进的解决方案，满足 A&D 市场的独特需求，从而引领这一潮流。我们生产的基本芯片针对关键任务的性能和可靠性进行了优化，并在我们位于纽约和佛蒙特州的经认证的可信设施内安全生产。 

这个领域有许多令人兴奋的进步。我诚邀您参观 GF 在 3 月 17-20 日于加州帕萨迪纳举行的 GOMACTech 2025 展会上的展台，与我和我们的团队交流，了解更多有关 GF 创新解决方案以及我们如何支持您的 A&D 需求的信息。如需了解更多信息，请通过[email protected] 与我联系。我们将共同推动航空航天和国防半导体的未来。 

Ashish Shah 是 GlobalFoundries 的航空航天与国防副总监。他在航空航天和国防终端市场的工作重点是为下一代通信、导航和雷达平台提供射频和毫米波技术。  

作者：Viswas Purohit
GlobalFoundries 流程工程首席工程师

今天，我们纪念圆周率日（3.14），这不仅是一个陶醉于数学奇迹的时刻，也是一个承认常数 Pi (π) 在推动技术进步，特别是在半导体和芯片制造行业的深远影响的时刻。该行业是数字时代的基础，其精度、效率和创新都在很大程度上依赖于π。以下是半导体行业中有关π的一些例子。

1.电路设计与优化：在电路设计领域，Pi 对于计算决定芯片功能的电气特性至关重要。例如，电感器阻抗 Z 的计算公式为 Z = 2πfL，其中 f 是频率，L 是电感。从基本的计算任务到服务器中复杂的数据处理，频率通常超过几千兆赫兹，这些应用都离不开频率。

2. 光刻精度：光刻技术是将电路图案蚀刻到硅片上的工艺，它依赖于 Pi 以极高的精度计算曝光时间和图案尺寸。光刻工艺的分辨率 R 可通过 R = kλ/NA 估算，其中 λ 是所用光线的波长，NA 是透镜的数值孔径，k 是与工艺相关的常数。Pi 在确定 NA 时起作用，它涉及折射率和进入透镜的光线最大角度的正弦值，展示了 Pi 如何控制宽度仅为纳米的蚀刻电路所能达到的精度。

3.波动力学和信号处理：Pi 是分析芯片中电磁波传播不可或缺的部分，对确保高效数据通信至关重要。公式 λ = c/f，其中 c 是光速，λ 是波长，在计算工作频率在千兆赫范围内的射频元件的波长时，需要用到 Pi。这种精度对于智能手机和物联网设备中的芯片至关重要，因为精确的信号处理和传输是性能和可靠性的关键。

4.热管理解决方案：散热是芯片设计中的一个关键问题，Pi 在计算传热和散热的公式中起着重要作用。例如，圆柱形散热器的热阻 R_thermal 公式为 R_thermal = ln(ro/ri)/2πkL，其中，ro 和 ri 是外半径和内径，k 是热导率，L 是圆柱的长度。π在这些计算中的存在，有助于工程师设计出能有效管理所产生热量的芯片，即使在高计算负荷下也能确保稳定性和性能。

5.质量控制和测试算法：在质量控制方面，Pi 可用于开发分析芯片表面和电路图案缺陷的算法。例如，计算芯片表面不规则形状的面积以检测与预期图案的偏差的算法在其计算中就采用了 Pi。这种精确度可以及早发现可能包含数十亿晶体管的芯片中的缺陷，确保从消费电子产品到关键基础设施系统等各种设备的高可靠性。

结束语圆周率日与半导体制造

在圆周率日这一天，当我们庆祝这个数学常数时，圆周率的作用显然已经超越了抽象的数学，进入了半导体技术的实际领域，它支撑着芯片制造过程的每一个步骤。从设计为我们日常使用的小工具提供动力的电路，到确保复杂计算系统的可靠性和效率，Pi 在半导体制造中的应用证明了它在决定我们现代世界的技术进步中的根本重要性。

因此，圆周率日不仅仅是对一个数学常数的庆祝，更是对数学、科学和技术之间共生关系的认可。它彰显了 Pi 这个以无穷序列著称的数字如何通过推动数字时代的核心创新，为社会带来有限的、实实在在的利益。

Viswas Purohit 是 GF 纽约州马耳他工厂的工艺工程首席工程师。