微波元件廠商-TWPA

3. 行波參數放大器 (TWPA) 製造商

行波參數放大器 (TWPA)，特別是基於約瑟夫森結的 TWPA (J-TWPA)，因其接近量子極限的雜訊性能和寬廣的頻寬，在量子運算領域中對於量子位元的低雜訊讀取至關重要。此市場目前主要由專業的新創公司和研究密集型企業主導。必須明確區分用於量子應用的 J-TWPA 與傳統的行波管 (TWT)，後者基於完全不同的物理原理和應用領域。

3.1 量子應用 TWPA 的主要參與者與創新者

這些企業處於為超導量子電腦開發關鍵放大器的最前沿，其產品專為低溫操作而設計，旨在滿足量子資訊處理的嚴格要求。

主要供應商及其產品特性：

  • Silent Waves: 來自法國，成立於 2022 年，專注於基於約瑟夫森結和行波架構的超低雜訊超導放大器1。其產品包括「The Argo」、「The Carthago」（基於克爾反轉效應，提供 4 GHz 頻寬和超過 18 dB 的增益）以及「The Dreadnought」（即插即用解決方案）1。該公司強調其產品在高保真度和量子運算可擴展性方面的優勢。Quantum Microwave 為其北美地區（美國和加拿大）的分銷商1。
  • QuantWare: 來自荷蘭，成立於 2020/2021 年，提供「Crescendo-S」J-TWPA，專為量子位元讀取而設計2。該產品在 S3 型號中具有 1 GHz 頻寬內 20 dB 的增益，採用緊湊的 HEMT 尺寸外形，並為可擴展性和易用性進行了優化，支持大批量生產2。
  • QET Sweden (Quantum Electronics Technology AB): 脫胎於瑞典查爾姆斯理工大學，於 2024 年與 SCALINQ 合作推出了「QET Vidar TWPA」（S 型和 D 型）32。這些放大器提供 4 GHz 的不間斷增益頻寬，並採用了專利的多 TWPA 集成技術35。
  • QphoX: 位於荷蘭，成立於 2021 年，致力於開發量子數據機設備，其旗艦產品為 AI-TWPA-C，這是一款用於 C 波段 (4-8 GHz) 量子位元讀取的近量子極限放大器5。該公司專注於量子網路技術5。
  • Low Noise Factory (LNF): 雖然以低雜訊放大器 (LNA) 聞名，但其在低溫放大器領域的專業知識具有相關性。該公司是 Quantum Microwave 的合作夥伴，後者分銷 TWPA7。
  • SCALINQ: 量子運算硬體供應商，與 QET Sweden 合作提供 Vidar TWPA32。SCALINQ 本身也是一家量子新創公司38。

3.2 與傳統行波管 (TWT) 的區別

傳統的行波管 (TWT) 製造商，如 Stellant Systems、Communications & Power Industries、Leonardo DRS、NEC、PHOTONIS 和 Teledyne e2v 等，其產品主要應用於雷達、電子戰和衛星通訊等領域39。這些 TWT 通常在較高功率水平下工作，並基於真空電子學原理，與 J-TWPA 所採用的超導電路技術截然不同。因此，傳統 TWT 製造商通常不供應量子運算所需的 J-TWPA。

J-TWPA 技術涉及尖端的超導電路製造和約瑟夫森結物理學，這些領域通常由學術研究實驗室及其衍生公司引領。Silent Waves、QuantWare、QET Sweden 和 QphoX 均符合此特徵1。這些公司產品的快速創新周期和性能提升是該領域的顯著特點，反映了在實現量子優勢方面的激烈競爭。更寬的頻寬、更高的飽和功率以及更便捷的集成是主要的發展方向1。

對於量子應用的 TWPA 採購，意味著需要直接與這些專業的、通常較新的公司接洽。這些新創公司提供的「現成」J-TWPA 產品（例如 QuantWare 的 Crescendo-S2）是該領域的一大進展，降低了量子硬體開發的門檻。

表 2：主要量子運算約瑟夫森 TWPA 製造商
製造商名稱 國家/地區 主要 TWPA 產品特點 (頻寬, 增益, 雜訊溫度, 可調性等) 企業類型 (新創/成熟) 主要合作夥伴/分銷商
Silent Waves 法國 Argo, Carthago, Dreadnought
1-4 GHz 頻寬, >15-18 dB 增益, <1K 雜訊溫度, 克爾反轉, 通量雜訊免疫 1		 新創 Quantum Microwave (北美) 1
QuantWare 荷蘭 Crescendo-S (S1,S2,S3)
1 GHz 頻寬 (S3), 16-20 dB 增益, 70% 量子效率, HEMT 尺寸 2		 新創
QET Sweden 瑞典 QET Vidar (S, D)
4 GHz 不間斷增益頻寬, 多 TWPA 集成, ESD 保護 32		 新創 SCALINQ 32
QphoX 荷蘭 AI-TWPA-C
C 波段 (4-8 GHz), 近量子極限 5		 新創 與 QuantWare 合作開發量子介面 37
SCALINQ 瑞典 (與 QET 合作 Vidar)
(Vidar 特性)		 新創 QET Sweden 32
  • 低溫放大器 (Cryogenic Amplifiers): 安裝在稀釋製冷機的低溫級，用於放大微弱的量子訊號。常用的有放置在 4K 級的**高電子遷移率晶體管 (HEMT)**，以及放置在 mK 級、能提供接近量子極限雜訊性能的**參量放大器 (JPA / TWPA)**。
  • 放大器 (Amplifiers)： 放大控制訊號以達到驅動量子位元所需的功率水平。
  • 低溫放大器 (Cryogenic Amplifiers): 為了放大極其微弱的量子位元讀取信號(通常只有幾個光子)，同時盡可能少地引入額外雜訊(接近量子極限)，需要在稀釋製冷機的低溫級(通常是4K級和/或mK級)安裝特殊的低雜訊放大器。常用的包括:
    • 高電子遷移率晶體管放大器(High-Electron-Mobility Transistor， HEMT): 通常放置在4K級，提供較高的增益和相對較低的雜訊溫度。
    • 參量放大器 (Parametric Amplifiers): 如約瑟夫森參量放大器(JPA)或行波參量放大器(Traveling Wave Parametric Amplifier， TWPA)，可以放置在mK級，非常接近量子晶片，能夠提供接近量子極限的雜訊性能和高增益帶寬。
  • 濾波器(Filters)和衰減器(Attenuators): 安裝在信號線路的不同溫度級，用於濾除帶外雜訊、整形信號頻譜、精確控制到達量子位元的信號功率，並幫助線纜實現熱化(吸收來自高溫級的熱輻射雜訊)。
  • 濾波器與衰減器 (Filters & Attenuators): 安裝在信號線路中，用於濾除雜訊、精確控制訊號功率，並幫助線纜實現熱化。

    • 4. 高電子遷移率電晶體 (HEMT) 製造商

    高電子遷移率電晶體 (HEMT) 是構成低雜訊放大器 (LNA) 的核心組件，在射頻/微波系統中扮演關鍵角色，尤其在需要極低雜訊性能的低溫應用（如量子運算中的讀取鏈路）中不可或缺。本節將涵蓋氮化鎵 (GaN) 和砷化鎵 (GaAs) 等主要 HEMT 技術的製造商，並區分大型成熟半導體公司/晶圓代工廠與小型專業 HEMT 供應商或磊晶片供應商。

    4.1 主要半導體公司和晶圓代工廠 (GaN, GaAs)

    這些大型企業通常擁有廣泛的製造能力，提供多樣化的 HEMT 產品，應用於高功率和高頻領域，部分廠商也開始關注航太和高可靠性市場。

    主要供應商包括：

    • Qorvo: 提供廣泛的 GaN HEMT 和 GaAs pHEMT 產品組合，強調高效率、功率密度和可靠性，是 GaN 技術的領導者之一 41。
    • Infineon Technologies: 提供基於其 CoolGaN™ 技術的 HEMT (GaN-on-Si)，應用於伺服器電源、電信等，並推出了用於太空的抗輻射 GaN HEMT 43。
    • Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. (SEDI): 利用化合物半導體 (GaAs, InP, GaN) 開發和製造用於光學和無線通訊的組件 44。
    • NXP Semiconductors: 全球領先的高性能混合訊號半導體解決方案供應商，提供用於無線通訊、汽車雷達等應用的 HEMT 產品 43。
    • STMicroelectronics: 領先的半導體製造商，生產用於電信、航空航太、國防和消費電子的 HEMT 43。
    • ROHM Semiconductor: 提供 EcoGaN™ HEMT 組件，包括 650V GaN HEMT，專注於電源系統 43。
    • 其他主要參與者還包括 Mitsubishi Electric Corporation、Intel Corporation、Texas Instruments、Renesas Electronics、Wolfspeed (前身為 Cree)、MACOM Technology Solutions Holdings, Inc.、Analog Devices, Inc.，以及 Teledyne e2v HiRel Electronics (提供太空級 GaN HEMT) 42。

    4.2 專業 HEMT 晶圓代工廠、磊晶片供應商及新興公司

    此類別包括提供 HEMT 製造基礎材料（磊晶片）、客製化 HEMT 設計代工服務，以及開發新型 HEMT 架構的新創公司。

    主要供應商和服務：

    • Intelligent Epitaxy Technology, Inc. (IntelliEPI): 領先的 III-V 族磊晶代工廠，採用分子束磊晶 (MBE) 技術生產 GaAs pHEMT、InP HBT 等磊晶片。近期獲得美國 CHIPS 法案資金支持，以擴大其在 InP、GaAs、GaSb 和 GaN 化合物半導體磊晶片方面的產能 50。該公司自 1999 年成立以來即為磊晶代工領域的成熟企業，CHIPS 法案的資助凸顯其在專業領域的戰略地位。
    • MSE Supplies: 供應各種基板（矽、藍寶石、碳化矽）上的 GaN 磊晶片，用於射頻和功率應用，直接從工廠銷售 54。該公司成立於 2014 年，更像是一家供應商/分銷商，而非 HEMT 組件的初級製造商 57。
    • X-FAB: 純晶圓代工廠，提供 SiC 和 GaN 製程服務，包括在其 8 吋廠進行 GaN-on-Si HEMT 製程，支持客製化組件創建 58。
    • Global Communication Semiconductors (GCS): 純化合物半導體晶圓代工廠，提供 GaN/SiC HEMT 製程（0.15um、0.25um、0.4um T-Gate）和多種 GaAs pHEMT 製程，專注於無線和雷達應用的 RFIC/MMIC 60。
    • Finwave Semiconductor: 成立於 2012 年（前身為 Cambridge Electronics），2022 年更名，是一家開發 GaN-on-Si FinFET 和 E-mode MISHEMT 的新創公司，目標市場為 5G/6G 和行動裝置。與 GlobalFoundries 建立晶圓代工夥伴關係，並透過 RFMW 分銷 62。這是 HEMT 領域創新型新創公司的明確範例。
    • Low Noise Factory (LNF): 雖然以 LNA 聞名，但其核心技術為 InP HEMT，由其內部設計和生產，用於其全球領先的低雜訊低溫放大器 15。這使其成為針對利基、高性能低溫應用的專業 HEMT 製造商。
    • 其他磊晶片供應商 50: 包括 EPISTROMO LLC (保加利亞，小批量磊晶服務)、ACS (中國，MBE)、Photin sp. Z O.O. (波蘭，MOCVD)、江蘇華興雷射技術 (中國)、IQE Plc (英國，射頻與光電磊晶片)、SCIOCS COMPANY LIMITED (日本，GaN 基板/磊晶片、GaAs 磊晶片)、VIGO System S.A. (波蘭)、Connector Optics LLC (俄羅斯，VCSEL/光電二極體磊晶片)、Seen Semiconductors (波蘭，GaN、InP、GaAs 磊晶片)、以及台灣的穩懋半導體 (Visual Photonics Epitaxy Co Ltd, VPEC，提供 HBT、HEMT、pHEMT、GaN 的磊晶代工)。這些廠商規模從小型服務提供商到大型磊晶代工廠不等。

    HEMT 市場呈現雙層結構：大型成熟半導體公司提供廣泛的（通常以功率為主的）GaN 和 GaAs HEMT；而一個更專業的層級則由磊晶片供應商、代工廠和創新型新創公司組成，它們專注於特定材料、製程或新穎的組件結構。例如，LNF 的 InP HEMT 專為實現最低雜訊的低溫 LNA 而設計。

    GaN-on-Si 技術因其成本效益和可擴展性而成為 HEMT 生產的重要趨勢，Finwave 63 和 X-FAB 58 等公司均專注於此。這種技術旨在結合 GaN 的卓越性能與矽成熟的製造工藝。對更高頻率 (5G/6G、雷達) 和更高功率效率的需求，正驅動著 HEMT 技術的創新，催生了新材料、新組件架構（如 Finwave 的 GaN FinFET 63）以及專業的代工服務。

    對於標準 HEMT 需求，大型供應商提供穩健的解決方案。然而，對於尖端或高度專業化的需求（例如最低雜訊的低溫 LNA、新穎的組件結構），則需要與專業代工廠、磊晶片供應商或像 Finwave、LNF 這樣的創新型新創公司合作。美國 CHIPS 法案對 IntelliEPI 的資助 52 也表明了強化這些關鍵化合物半導體材料國內供應鏈的戰略意圖。

    表 3：主要 HEMT 製造商、代工廠和磊晶片供應商
    公司名稱 國家/地區 主要 HEMT 焦點 (GaN, GaAs, InP; 組件, 磊晶片, 代工) 關鍵技術/專業領域 企業類型 (新創/成熟) 目標應用
    Qorvo 美國 GaN HEMT, GaAs pHEMT (組件) 高效率, 功率密度, GaN 技術領導者 成熟 軍用/民用雷達, 通訊, 測試儀器 41
    Infineon Technologies 德國 GaN-on-Si HEMT (CoolGaN™) (組件) 可靠性, 抗輻射 (太空應用) 成熟 伺服器電源, 電信, 太空 45
    Sumitomo Electric Device Innov. 日本 GaAs, InP, GaN (組件) 光學與無線通訊組件 成熟 5G, 資料中心 47
    Intelligent Epitaxy Tech. (IntelliEPI) 美國 InP, GaAs, GaSb, GaN (磊晶片) MBE 磊晶技術, CHIPS 法案支持 成熟 (專業磊晶) 國防, AI/資料中心, 電信 50
    MSE Supplies 美國 GaN (磊晶片) 多種基板上的 GaN 磊晶片供應 供應商/分銷商 射頻與功率應用 54
    X-FAB 德國/美國 GaN-on-Si HEMT (代工) 8 吋廠製程, 客製化組件 成熟 (代工) 功率組件 58
    Global Communication Semi. (GCS) 美國 GaN/SiC HEMT, GaAs pHEMT (代工) 0.15/0.25/0.4um T-Gate GaN 製程 專業代工 5G 無線基礎設施, 雷達 60
    Finwave Semiconductor 美國 GaN-on-Si FinFET, E-mode MISHEMT (組件) MIT 創新技術, 與 GlobalFoundries 合作 新創 5G/6G, 行動裝置 63
    Low Noise Factory (LNF) 瑞典 InP HEMT (內部組件製造) 超低雜訊低溫放大器核心技術 成熟 (專業利基) 量子運算, 射頻天文 15
    VPEC (穩懋半導體) 台灣 HEMT, pHEMT, GaN (磊晶代工) 磊晶代工服務 成熟 (代工) 無線通訊, 光電 50

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    王培儒 硬體導論