半導體行業觀察 - 國產高端測試儀器市場困局何解－鑽石舞台

當今時代，科技迅猛發展、芯片量呈幾何倍數增長，芯片已經進入融合的時代。從無人駕駛到虛擬現實、從人工智能到雲計算、從5G到物聯網，一顆芯片上承載的功能越來越多，芯片工藝越來越複雜，新器件類型層出不窮，眾多驅動因素的推動對半導體測試技術不斷提出新的要求。行業需要更加面向未來需求的測試系統和方案，來打破傳統儀器固有的不足和局限。

以半導體器件測試來看，在先進器件研究過程中，新材料、新結構與新工藝的應用都可能帶來未知的變化。研究者不但要關注精確的靜態電流電壓特性，更希望觀察到細微快速的動態行為。同時隨着半導體尺寸不斷減小，一些現象需要在極短的時間內才能觀察到，例如MOS器件的BTI效應，因此，對包括短脈衝測試(PIV)在內的新技術提出了要求。

前不久，概倫電子與北京大學集成電路學院及上海交通大學電子信息與電氣工程學院聯合研發的新一代高精度快速波形發生與測量套件FS-Pro HP-FWGMK正式發布，填補了其半導體參數測試系統FS-Pro在短脈衝測試的空缺，同時也填補了國內短脈衝測試技術的空缺。

高端測試儀器FS-Pro「如虎添翼」

據了解，此次發布的最新一代高精度快速波形發生與測量套件FS-Pro HP-FWGMK由黃如院士在北京大學和上海交通大學的團隊與概倫電子聯合研發。作為短脈衝測試技術的先行者，黃如院士團隊經過了十餘年的努力，在實踐過程中掌握了一整套短脈衝產生、測量以及分析技術。概倫電子基於其提供的包括測試方法、電路原型、方案框架、版圖設計及PIV應用在內的指導意見繼續精細開發，滿足高增益與高帶寬的同時，有效抑制放大電路的非線性失真，最終實現了最小脈寬130ns的高精度測量。

概倫電子FS-Pro半導體參數測試系統

（圖源：概倫電子）

概倫電子的半導體參數測試系統FS-Pro是一款功能全面、配置靈活的半導體器件電學特性分析設備，在一個系統中實現了電流電壓(IV)測試、電容電壓(CV)測試、脈衝式IV測試、任意線性波形發生與測量、高速時域信號釆集以及低頻噪聲測試能力。

此次增加短脈衝IV(PIV)技術後，FS-Pro更是如虎添翼，幾乎所有半導體器件的低頻特性表徵都可以在FS-Pro測試系統中完成，可廣泛應用於各種半導體器件、LED材料、二維材料器件、金屬材料、新型先進材料與器件測試等。

其全面而強大的參數測試分析能力極大地加速了半導體器件與工藝的研發和評估進程，並可無縫的與概倫電子低頻噪聲測試系統9812系列集成。

據了解，概倫電子噪聲測試系統9812系列是全球半導體行業業內低頻噪聲測試的「黃金標準」，為半導體行業先進工藝研發、器件建模和高端電路設計提供了更加完整而又高效的低頻噪聲測試及分析解決方案，可以滿足各種不同工藝平台下半導體器件和集成電路低頻噪聲測試的需求。FS-Pro快速的DC測試能力進一步提升了9812系列產品的噪聲測試效率和吞吐量，性能相較同類型產品獲得大幅度提升，並將在噪聲測試的業內領先技術擴展到通用半導體參數測試。

基於在產線測試與科研應用方面的優異表現，FS-Pro全面的測試能力在科研學術界受到了廣泛關注和認可，已被數十所國內外高校及科研機構所選用，同時也被眾多芯片設計公司、代工廠和IDM公司所釆用。

國產高端測試儀器新突破

縱觀行業現狀，測試測量儀器屬於高端科研儀器設備，需要長時間積累，特別考驗一個國家基礎技術的厚度。由於國內本土測量儀器行業起步較晚，主營電子測試測量儀器的企業數量少，發展情況也不盡相同，目前我國的產品結構主要集中在中低端，大部分企業仍處於仿製研發的階段，僅有小部分企業走向應用研發的轉型之路。

根據數據顯示，中國電子測量儀器的市場規模由2016年的28.72億美元增至2021年的50.39億美元，預計2022年將進一步達到53.14億美元。面對國內如此巨大的市場需求，以及受國外隱形技術壁壘等因素制約，國內市場仍被掌握在國外儀器儀表廠商手中，高端產品依賴進口，行業類第一梯隊公司主要為是德科技（(Keysight）、泰克（Tektronix）、羅德與施瓦茨(R&S)等歐美企業。

國內測量儀器與國際水平相比，在產品結構、高端產品的技術水平、市場占有率等方面存在較大差距，亟待國內本土企業填補高端儀器的技術和市場空白。

在這種情況下，提高企業的研發力度成為了電子測量儀器行業發展的關鍵點之一。同時伴隨着強烈的自主可控需求，國產高端測試測量儀器市場在近幾年迎來高速增長。

概倫電子的半導體參數測試系統FS-Pro作為高端測試儀器的代表之一，在先進器件和材料等領域的測試表現非常出色，集 IV、CV、1/f noise及PIV測試等於一體，高精度、低成本、綜合的半導體器件表徵分析能力靈活滿足各種用戶的不同測試需求，大大節省了測試設備採購開支。

同時，工業標準的PXI模塊化硬件結構，通用的軟件平台，內置測量軟件提供數百個預定義的測試模板和功能，實現即插即用體驗，使FS-Pro成為了半導體器件與先進材料研究方面的得力助手，產品性能直接對標是德科技等行業巨頭的高端測試儀器。

近年來，隨着半導體行業的快速發展，對測試測量儀器的需求在逐漸擴大。當前中國的半導體測試測量行業在飛速發展中，可以預見的是，複雜的國際關係背景和市場需求的雙重驅動下，關鍵領域的國產化成為競爭焦點，自上而下的產業政策和企業突圍將加速自主可控產業鏈的成長，國產半導體測量儀器迎風口。

隨着概倫電子在中高端產品領域取得突破，將會使其成為國內該行業的領頭羊，有望引領該領域的國產化替代浪潮。

概倫電子產品布局日臻完善

半導體器件特性測試是對集成電路器件在不同工作狀態和工作環境下的電流、電壓、電容、電阻、低頻噪聲、可靠性等特性進行測量、數據採集和分析，以評估其是否達到設計指標。

概倫電子半導體參數測試系統FS-Pro能夠支持多種類型的半導體器件，具備精度高、測量速度快和可多任務並行處理等特點，能夠滿足晶圓廠和集成電路設計企業對測試數據多維度和高精度的要求。半導體器件特性測試儀器採集的數據是器件建模及驗證EDA工具所需的數據來源，兩者具有較強的協同效應。隨着下游晶圓廠客戶產能擴張，相關測試需求或將進一步釋放。

在製造類EDA工具方面，概倫電子的器件建模及驗證EDA工具已經取得較高市場地位，被全球大部分領先的晶圓廠所採用和驗證，主要客戶包括台積電、三星電子、聯電、格芯、中芯國際等，在其相關標準製造流程中占據重要地位。使用該EDA工具生成的器件模型通過國際領先的晶圓廠提供給其全球範圍內的集成電路設計方客戶使用，其全面性、精度和質量已得到業界的長期驗證和廣泛認可。

在此基礎上，通過半導體器件特性測試儀器與EDA工具的聯動，能夠打造以數據為驅動的EDA解決方案，緊密結合併形成業務鏈條，幫助晶圓廠客戶有針對性的優化工藝平台的器件設計和製造工藝，不斷拓展產品的覆蓋面，進一步為概倫電子打造完整的製造EDA流程豐富了現有技術及解決方案。

目前概倫電子主要產品及服務包括製造類EDA工具、設計類EDA工具、半導體器件特性測試儀器和半導體工程服務等。從其產品布局和發展歷程來看，概倫電子在具備高價值的落地場景和應用需求的前提下，用相對較短的時間、較小的人員規模和投入，打造了全新的設計方法學和流程，逐漸形成了具有技術競爭力的EDA工具、測試產品和工程服務，並在國際主流市場獲得產品驗證機會，在多環節和維度上實現了對國際EDA巨頭全流程壟斷的突破。

產學研模式新探索

上文提到，此次FS-Pro HP-FWGMK套件的發布是概倫電子與北京大學集成電路學院及上海交通大學電子信息與電氣工程學院聯合研發的產物，在填補了半導體參數測試系統FS-Pro在短脈衝測試空缺的同時，也代表了國內產學研深度合作的典範。

當前，在國產EDA的發展過程中，人才是關鍵，創新求變正在重塑新的核心競爭力。EDA核心技術的突破沒有捷徑可走，需要持續吸引各種人才、加強產學研合作和保持高研發投入，長期堅持技術沉澱，通過客戶需求引導，才有可能形成新的突破。

在當前行業背景和發展現狀下，概倫電子正在探索以產教融合方式來培養項目和推動EDA技術和人才發展的新模式，攜手各界通力合作，共同應對後摩爾時代技術與市場的雙重挑戰，構建中國EDA產業命運共同體，致力於突破困局並最終實現超越。

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點讚同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。

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