20世紀80年代末至90年代初，在紐約和佛蒙特州這些看似與半導體革命毫無關聯的地方，一場悄無聲息的半導體變革正悄然興起。即便是最癡迷于半導體的發燒友，也可能未曾留意到這場變革，畢竟當時摩爾定律以及硅（Si）CMOS晶體管的尺寸縮小占據了所有新聞頭條。

彼時，一群工程師默默地投身于創新浪潮，將鍺（Ge）引入硅雙極結型晶體管中，極大地改善了器件特性，為射頻（RF）和高速模擬晶體管實現卓越性能帶來了希望。他們采用漸變鍺鍺硅（SiGe）基區晶體管的開創性工作，為8英寸晶圓上鍺硅BiCMOS技術在各類射頻/無線及毫米波通信應用領域的商業成功奠定了基礎。這種成功和廣泛應用，只有少數半導體技術能夠與之媲美，如體硅CMOS、砷化鎵（GaAs）和射頻絕緣體上硅（RF SOI）。

過去15年里，格羅方德在SOI技術創新方面一直處于前沿地位。然而，在鍺硅BiCMOS技術進步的征程中，格羅方德（前身為IBM微電子）的技術開發人員和工程師們肩負重任，傳承使命，至今已逾四十載。讓我們一同追溯鍺硅的歷史，重溫這段先輩們稱之為“堅持不懈的故事”，并展望其未來發展。

格羅方德鍺硅技術史：

部分之和大于整體

“并非平凡的開端”

任何系列的第一部分往往都會給人留下深刻印象，格羅方德首款成功商業化的鍺硅技術便是如此。十多年前，0.35微米鍺硅BiCMOS技術[2]——SiGe5PAe的問世，為鍺硅進入Wi-Fi功率放大器（PA）領域鋪平了道路，當時智能手機時代正開啟其全球統治的征程。這項技術助力功率放大器設計師以最低成本實現了最佳的技術性能指標（FoM）組合，如高輸出功率、高線性度和高效率。

隨著Wi-Fi需求的增長以及新Wi-Fi標準對性能提出了更為嚴苛的要求，格羅方德在基礎平臺上持續改進，推出了多種版本的SiGe5PAXe和SiGe5PA4，包括高電阻率襯底選項，實現了集成射頻開關和低噪聲放大器（LNA）與功率放大器的全前端集成電路（IC）。每一版本都通過提升功率放大器性能，同時增強其在先進Wi-Fi標準下的可靠性和堅固性，進一步拓展了Wi-Fi功率放大器的性能邊界。下表1展示了格羅方德350納米鍺硅BiCMOS技術助力不同應用和領域的關鍵特性。這項起初看似平凡的努力，最終取得了巨大的商業成功，格羅方德的0.35微米鍺硅技術為高端智能手機和平板電腦帶來了無縫的Wi-Fi體驗。如今，這些技術依然在智能手機Wi-Fi前端模塊（FEM）的功率放大器領域占據主導地位，并在無線基礎設施應用（如功率放大器預驅動器）中逐漸嶄露頭角。

“向太空及更廣闊領域的巨大飛躍”

通常，續作超越原作的案例雖罕見，但格羅方德的130納米鍺硅技術卻是個例外，它們在無線和有線通信領域，推動了眾多產品和應用的誕生[3][4]。這些技術中的鍺硅異質結雙極晶體管（HBT）的高頻和高電壓處理能力支持多種應用，例如毫米波和衛星通信功率放大器與低噪聲放大器、汽車雷達、無線回傳以及高速模擬接口驅動器。具體而言，格羅方德的SiGe8WL、SiGe8HP和SiGe8XP技術率先實現了高性能NPN晶體管與高質量毫米波和分布式無源元件（如傳輸線和微帶線）的集成，從而推動了上述應用的發展。

“不止于征服太空”

2014年，格羅方德的開創性鍺硅創新成果——全球首款90納米鍺硅 BiCMOS技術SiGe9HP[5]問世，隨后又通過SiGe9HP+[6]進一步提升了NPN性能，再次引領行業。如今，這兩項技術相結合，構成了市場上最全面、最具競爭力的鍺硅技術之一。憑借先進的CMOS集成以及一系列特性（包括低損耗金屬化和高壓LDMOS），該技術助力數據中心實現了最前沿的應用，如跨阻放大器（TIA）和高速光通信驅動器，以及其他高性能模擬應用，如高帶寬模數轉換器（ADC）和太赫茲成像與傳感。

“變革永無止境”

隨著生成式人工智能的興起，通信領域對更高帶寬、數據速率和更長傳輸距離的需求愈發迫切。經過四十年的持續創新，格羅方德再次準備好迎接鍺硅技術的下一場革命，以滿足現代通信的需求。格羅方德此前發布了行業性能最高的鍺硅HBT，在45納米SOI平臺上實現了415/600 GHz的ft/fmax[7]，并正通過全球快車多項目晶圓（MPW）計劃中的130CBIC項目，積極與早期客戶合作開發行業首款高性能互補130納米鍺硅BiCMOS技術。表4展示了130CBIC支持廣泛應用的關鍵特性。

展望未來，一個發展方向可能是進一步提高HBT的ft/fmax，以滿足數據中心光網絡和生成式人工智能應用對先進光收發器的要求。然而，隨著生成式人工智能滲透到智能手機領域，在現有功耗水平下降低射頻前端模塊或相關組件的功耗，或提升射頻性能（降低噪聲、提高增益）也顯得至關重要。此外，隨著寬帶互聯網接入不斷向全球偏遠角落延伸，鍺硅HBT的性能和成本可針對消費級衛星地面終端應用進行優化，助力將下一個40億用戶接入互聯網。當CMOS在摩爾定律面前遭遇瓶頸時，鍺硅的真正潛力將得到進一步釋放，并在對射頻/高速性能和能力要求嚴苛的應用領域實現更大的規模經濟效應。

當CMOS在摩爾定律面前遭遇瓶頸時，硅鍺的真正潛力將得到進一步釋放，并在對射頻/高速性能和能力要求嚴苛的應用領域實現更大的規模經濟效應。

Arvind Narayanan

格羅方德射頻

產品線總監

Arvind Narayanan負責制定格羅方德鍺硅（SiGe）和射頻氮化鎵（RF GaN）技術戰略線圖及產品組合管理。他加入格羅方德已逾六年，深耕客戶導向型角色。