國際固態(tài)電路會議 ( ISSCC ) 是對 CMOS 晶體管縮放的慶?;顒印5谒?ISSCC 全體會議上,TI 的首席技術官 Ahmad Bahai 要求采取不同的觀點。他沒有計算我們可以在微米級 CMOS 中渲染的晶體管數(shù)量,而是描述了一系列因素,包括巧妙的設計和專門的封裝。
縮小 CMOS 幾何尺寸對于更小的設備和更長的電池壽命至關重要。但手機不再是唯一提供指數(shù)級增長的應用程序。未來 20 年將通過專業(yè)設計、工藝和制造提供更廣泛的指數(shù)。
Bahai 建議采用一種動手工程方法,利用多種設計技術和專門的制造工藝,而不是依賴于 CMOS 縮放。模擬工程師可用的創(chuàng)新架構包括數(shù)字輔助模擬和具有精密無源器件的系統(tǒng)級封裝??捎玫膶I(yè)工藝包括 BiCMOS,其中更高功率的晶體管嵌入在 CMOS 數(shù)字基板上,硅鍺 (SiGe)、碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 用于功率。
Bahai 堅持認為,這些變量的組合可以使電子產(chǎn)品具有指數(shù)級增長潛力。作為一個對 CMOS 縮放依賴很小的市場的一個例子,他將毫米射頻電路用于汽車雷達處理器,其收發(fā)器依賴于混合技術。
毫米波射頻收發(fā)器的技術要求包括寬帶寬和能夠實現(xiàn)深度精度和材料穿透的波束成形。Scaled CMOS 在此僅提供有限的增益。
封裝金屬化必須針對改進的無源器件進行優(yōu)化,并克服封裝中粗特征尺寸的諧波效應。Bahai 指出,汽車模塊的靈敏度非常高,它不僅可以檢測和成像迎面而來的汽車,還可以成像駕駛員的呼吸模式。
可穿戴設備等個性化醫(yī)療是另一種呈指數(shù)增長的應用,具有不同的要求,例如超低功耗和一次性使用,臨床血糖儀始終開啟并實時運行,將實現(xiàn)自適應采樣。他指出,可穿戴生物傳感器提供的數(shù)據(jù)比簡單的心率更有意義,而且它不一定能從 CMOS 縮放中受益。
電源管理應用程序通常圍繞功率處理能力和開關速度之間的權衡來構建。權衡將被最小化,不是通過 CMOS 縮放,而是通過使用專門的制造工藝。
新一代功率晶體管包括 LDMOS、超結晶體管、GaN、SiC 和集成無源器件。通常,電力傳輸系統(tǒng)使用緩慢但易于訪問的開關頻率。規(guī)則是電壓越高,電力傳輸系統(tǒng)就越遲緩。較新的晶體管材料將實現(xiàn)高開關頻率。
例如,硅 IGBT 現(xiàn)在可為工業(yè)用途提供遠高于 600V 的擊穿電壓,但開關速度相對較低。集成硅 MOSFET 通常在遠低于 600V 的電壓下運行——實際上對于計算機來說低于 20V——但開關頻率為 100 兆赫。超級結 Mosfet 可以在 1 Kv 以下運行,SiC FET 可以在高達 1.8 kv 的電壓下運行,并且可以提供更高的開關速度,而 GaN FET 可以在 600V 以下運行,并且可以處理 10 s MHz 的開關速度。