美商 POET Technologies 預言，砷化鎵(Gallium arsenide，GaAs)很快就會取代矽，成為高性能晶片的材料選擇；而曾任職於貝爾實驗室(Bell Labs)的該公司共同創辦人暨首席科學家Geoff Taylor表示，上述論點自1980年代就已經被提出。
Taylor指出，相較於矽，砷化鎵能在提升電晶體性能的同時，整合光學電路的功能；這些特質能帶來更高的性能以及創新的晶片架構，並因此讓摩爾定律(Moore's Law)壽命無限延長。「數位邏輯矽晶片在4GHz就會遇到瓶頸，但我們今日已經能製造小型的砷化鎵類比電路，切換頻率達到100GHz，而且在不遠的將來還能進一步達到400GHz；」他在接受EETimes美國版編輯訪問時表示：「只要加上POET打造的光學發射器以及探測器做為晶片上光學互連。」
在同一顆晶片上結合標準邏輯單元以及光學元件，是設計方法上的一大改變，POET是取得了EDA供應商Synopsys的協助，才成功設計出光電混合元件；舉例來說，光學迴路能實現超低抖動振盪器，且頻寬高於矽材料。POET也打算以多波長方式，打造超精密的類比數位轉換器，透過將電壓編碼為波長，用更低功耗以及更少元件產出更高解析度以及位元率。
POET的砷化銦鎵環形振盪器號稱比矽振盪器更精確且頻率更高
（來源：POET）
其他砷化鎵這類三五族半導體(III-V)材料超越矽的優勢，包括較低的操作電壓──藉由應變量子阱(strained quantum wells)達到最低0.3V，電子遷移率12,000 cm2/ (V·s)──POET表示，如此能將三五族晶片功耗降低十倍以上。不過目前砷化鎵晶圓片比矽晶元的成本高出許多；對此Taylor表示，新一代矽晶片採用的FD-SOI製程，成本其實與砷化鎵差不多。
大多數三五族元素，包括銦(In)、鎵(Ga)、砷(As)以及磷(phosphorous，P)，都有比矽更高的電子遷移率，但在製造上也有特定的問題使得它們無法取代矽材料；換句話說，缺乏數位電路的強化元件，以及缺乏互補設計的p通道電晶體。在打造能在上面同時製作出n型與p型電晶體的基板之前，POET已經發現了一個方法，能在砷化銦鎵以及砷化鎵晶圓片上長出連續層(successive layer)，每一層都有一點銦。
p型電晶體最終可在應變砷化銦鎵量子阱中，以大約1900 cm2/(V·s)的電洞遷移率被製作出來，而n型電晶體的遷移率更高、達8500 cm2/ (V·s)；至於矽的遷移率僅1200 cm2/ (V·s)。POET期望能將n型電晶體的遷移率提升至12,000，以實現超高數位邏輯率的互補HFET。
POET技術開發歷程
在任職於貝爾實驗室時所開發的三五族晶片技術專利過期之前數年，Taylor就轉往康乃狄克大學(University of Connecticut)工作，後來他也在那裡重新開始進行貝爾實驗室的研發題目，不過將內容由單個n通道的電/光混合技術，轉為雙通道電/光混合技術的開發，期望能在未來藉由互補性的電/光電路，讓摩爾定律壽命無限制延長。
Taylor將該技術命名為平面光電技術(Planar Opto Electronic Technology，POET)，康乃狄克大學已經取得專利，是POET的獨家授權者。POET公司技術長Daniel DeSimone表示：「我們的平面電子技術PET，是超越過去以類NMOS電路架構為基礎的砷化鎵技術之一大進展，因為我們擁有可整合的平面式光學與電子元件能互補，因此能用 CMOS製程。」
POET的電晶體通道是砷化銦鎵材料，如果將鎵去掉(也就是純塊狀砷化銦)，理論上能達到40,000 cm2/ (V·s)的遷移率。不過POET表示，那是無法達成的、只能儘可能接近；到目前為止，該公司已經將電晶體通道的銦成分提升至53%，並有信心可進一步提升至80%。
POET採用的砷化鎵基板，能讓光學與電子元件排列在一起，並讓電晶體與光學互連在同一顆晶片上共存
（來源：POET）
「我們是以一種愚弄大自然的獨特變性方法，藉由改變晶格常數(lattice constant)來達成上述結果；」Tylor表示：「首先，我們以砷化鎵為基底，在其上堆疊一層又一層1微米(micron)厚的砷化銦鎵應變層，直到產生與磷化銦(InP)晶格常數相對應的天然量子阱。以上的成分控制室是以分子束磊晶(Molecular-beam epitaxy，MBE)技術來進行。」
POET已經與一家第三方晶圓代工業者簽署合作協議，預計在今年稍晚以0.1微米製程實際驗證其技術，並在2015年邁向40奈米製程節點；這聽起來似乎落後已經來到20奈米節點、甚至14奈米節點的矽技術許多，不過POET強調這種比較是不公平的，其40奈米製程元件的性能應該要與14奈米或10奈米矽晶片來比較。
DeSimone表示：「我們的40奈米砷化鎵元件在速度上領先矽晶片三個製程世代，在功耗上則領先四個世代，而整合密度是差不多的；因此40奈米製程的砷化鎵元件，應該要在速度上與14奈米矽晶片比較，在功耗上則是與10奈米矽晶片比較。」
編譯：Judith Cheng
資料來源:電子工程貸輯
(參考原文： Moore's Law Has No End in Sight，by R. Colin Johnson)
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