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H9SOI FEM – The optimal RF SOI process

モバイル機器やWi-Fiシステムの最も重要な部品の1つとして、高周波(RF)フロントエンド・モジュールがあります。アンテナとRFトランシーバ間のインタフェースとして機能するRFフロントエンド・モジュールには、アンテナ用ローノイズ・アンプ(LNA)、パワーアンプ(PA)、アンテナ同調スイッチ、パワー・マネジメント・ユニットなどの繊細な部品が使用されています。

Radio Frequency (RF) Front-End Module

複雑化の進行

リニア・スイッチの分離やパワー・アンプの効率の最大化といった設計上の課題に対応するため、半導体メーカー各社は、RFフロントエンド・モジュールの構成部品ごとに専用プロセスを開発しました。その結果、多くのディスクリート品とICが存在するようになりました。

4GモバイルやWi-Fi(IEEE 802.11ac)を含む新しい高速通信規格が、データのスループットを向上させるため40種類もの周波数帯域を使用するようになると、最新のネットワーク機器はさらに多くのフロントエンド回路が必要となり、ディスクリート部品による従来の手法では、製品が大幅に大型化することになります。

この複雑化の進行により、性能の妥協を伴わない、優れた柔軟性と高い集積度を持つシリコンベースの新しいプロセスが必要とされています。

より高い集積度を目指して

2008年、STは、10年以上にわたってシリコン・オン・インシュレータ(SOI)で培った高度なノウハウを生かし、高い集積度と共に、RF要件を完全にサポートする画期的なテクノロジー H9SOIを発表しました。

H9SOIプロセスは、コンパクトな統合型RFフロントエンド・モジュールを開発する顧客向けに、従来の高価なディスクリート品を置き換える競争力のあるソリューションを実現しました。

RFフロントエンド・モジュールに理想的なH9SOI_FEM

2012年、この経験をベースにH9SOIプロセスの最適化をさらに進めたSTは、H9SOI_FEMと呼ばれる専用プロセスを開発しました。H9SOI_FEMにより、顧客は、高度に集積化された最先端RFフロントエンド・モジュールを開発することができます。

高い競争力を持つH9SOI_FEMプロセスは、前世代以上の性能と、さらに小型化されたフロントエンド・ソリューションを実現します。

この新しいプロセスは、0.13µmと0.25µmのデュアルゲートMOSFETをベースとし、フロントエンド・モジュールの全アプリケーション(スイッチ、アンテナ同調、パワーアンプ、ローノイズ・アンプ)に対応するため、1.2V MOS、2.5V MOS、最適化済みNLDMOS(1)等のさまざまなデバイスをサポートします。

H9SOI_FEMの性能メリット

STのH9SOI_FEMは、207fsのRon x Coffという業界最高の性能指数をアンテナ・スイッチとアンテナ同調デバイスに提供します。

プロセスのさらなる改善点は現在最終段階を迎えており、2014年前半に開始される新しい設計では、160fsのRon x Coffを実現する予定です

 

Ron.Coff Factor of Merit

Ron: ON Resistance.
Low Ron means less insertion losses

Coff: Capacitance.
Low Coff means better isolation

 

銅の厚膜層を組み合わせて最適化したNLDMOSでは、従来のソリューションに対して10%もの効率向上が得られる高効率パワー・アンプを実現できます。

NLDMOS

また、H9SOI_FEMプロセスは、安全マージンを確保した5GHz設計を可能にする閾値周波数を持ち、超低ノイズ値(0.1 dB for GO1 NMOS)を維持する超高性能LNAを実現できます。

H9SOI_FEMの製造メリット

STは、H9SOI_FEMを採用することで、マスク数の削減などの工程の簡略化を進めてきました。マスク数と工程数の削減により、前世代に比べ、全体的なリード・タイムを25%短縮することができました。STの製造能力と組み合わせた新しいH9SOI_FEMプロセスは、最も要件の厳しい顧客に対しても、製品化期間の短縮で大きなメリットを提供します。

(1) NLDMOSN型横方向拡散金属酸化膜半導体

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