Прогноз и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения
Полупроводники являются краеугольным камнем информационной эры, и итерация их материалов напрямую определяет границы человеческой технологии.От первого поколения полупроводников на основе кремния до нынешнего четвертого поколения материалов с ультраширокой полосой, каждое поколение инноваций способствовало стремительному развитию в таких областях, как коммуникации, энергетика и вычисления.Анализируя характеристики полупроводниковых материалов четвертого поколения и логику замены поколений, предполагаются возможные направления полупроводников пятого поколения, и одновременно изучается путь прорыва для Китая в этой области.
I. Характеристики полупроводниковых материалов четвертого поколения и логика замены поколений
"Основная эра" первого поколения полупроводников: кремний и германий
Характеристики:Элементарные полупроводники, представленные кремнием (Si) и германием (Ge), имеют преимущества низкой стоимости, зрелого процесса и высокой надежности.Они ограничены относительно узкой шириной полосы (Si: 1,12 eV, Ge: 0,67 eV), что приводит к плохому противопожарному напряжению и недостаточной высокочастотной производительности.
Применение:Интегрированные схемы, солнечные батареи, низковольтные и низкочастотные устройства.
Причина смены поколений:С ростом спроса на высокочастотные и высокотемпературные характеристики в области связи и оптоэлектроники материалы на основе кремния постепенно не могут удовлетворять этим требованиям.
Геоптические пластины Windows & Si ZMSH
Полупроводники второго поколения: "оптоэлектронная революция" сложных полупроводников
Характеристики:Соединения III-V группы, представленные арсенидом галлия (GaAs) и фосфидом индия (InP), имеют увеличенную ширину полосы (GaAs: 1,42 eV), высокую мобильность электронов,и подходят для высокочастотного и фотоэлектрического преобразования.
Применение:Радиочастотные устройства 5G, лазеры, спутниковая связь.
Проблемы:Нехватка материалов (например, запасы индия составляют всего 0,001%), высокие затраты на подготовку и наличие токсичных элементов (например, мышьяка).
Причина замены поколений:Новое энергетическое и высоковольтное оборудование для электропитания предъявило более высокие требования к устойчивости к напряжению и эффективности, что привело к появлению материалов с широким диапазоном.
Ключевые элементы:
Полупроводники третьего поколения: "Энергетическая революция с широким диапазоном"
Особенности:С карбидом кремния (SiC) и нитридом галлия (GaN) в качестве ядра ширина полосы значительно увеличивается (SiC: 3,2 eV, GaN: 3,4 eV), с высоким расщеплением электрического поля,высокая теплопроводность и высокочастотные характеристики.
Применение:Электрические приводы для новых энергетических транспортных средств, фотоэлектрические инверторы, базовые станции 5G.
Преимущества:Потребление энергии сокращается более чем на 50% по сравнению с устройствами на основе кремния, а объем сокращается на 70%.
Причина замены поколений:Появившиеся области, такие как искусственный интеллект и квантовые вычисления, требуют более высокопроизводительных материалов для поддержки, и появились материалы с ультраширокой полосой пробела, как того требует The Times.
Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си-Си.
Полупроводники четвертого поколения: "Чрезвычайный прорыв" в ультраширокополосной технологии
Характеристики:Представленный оксидом галлия (Ga2O3) и алмазом (C), ширина пробела еще больше увеличилась (оксид галлия: 4,8 eV), имея как сверхнизкое сопротивление, так и сверхвысокое сопротивление напряжению,и имеют огромный потенциал затрат.
Применение:Ультравысоковольтные энергетические чипы, глубокие ультрафиолетовые детекторы, квантовые коммуникационные устройства.
Прорыв:Устройства с оксидом галлия могут выдерживать напряжение свыше 8000 В, а их эффективность в три раза выше, чем у SiC.
Логика смены поколений:Глобальное стремление к вычислительной мощности и энергоэффективности приблизилось к физическому пределу, и новые материалы должны достичь скачков в производительности в квантовом масштабе.
Ga2O3 пластинка ZMSH & GaN на алмаз
II. Тенденции в полупроводниках пятого поколения: "Будущий план" квантовых материалов и двумерных структур
Если эволюционный путь "расширения ширины диапазона + функциональной интеграции" продолжится, полупроводники пятого поколения могут сосредоточиться на следующих направлениях:
1) Топологический изолятор:Благодаря характеристикам поверхностной проводимости и внутренней изоляции, его можно использовать для создания электронных устройств с нулевым энергопотреблением,прорыв узкого горла традиционных полупроводников в области производства тепла.
2) Двухмерные материалы:такие как графен и дисульфид молибдена (MoS2), с толщиной на атомном уровне, наделяют сверхвысокочастотным ответом и гибким электронным потенциалом.
3) Квантовые точки и фотонические кристаллы:Регулируя структуру полосы посредством эффекта квантового заключения, достигается многофункциональная интеграция света, электричества и тепла.
4) Биосемипроводники:Самосборные материалы на основе ДНК или белков, совместимые с биологическими системами и электронными схемами.
5) Основные движущие силы:Спрос на революционные технологии, такие как искусственный интеллект, интерфейсы мозг-компьютер,и сверхпроводность при комнатной температуре способствует эволюции полупроводников к интеллекту и биосовместимости..
Возможности для китайской полупроводниковой промышленности: от "следить" к "сохранять темп"
1) Технологический прорыв и структура промышленной цепочки
· Полупроводники третьего поколения:Китай добился массового производства 8-дюймовых SiC-субстратов, а SiC-MOSFET автомобильного класса успешно применяются в таких автопроизводителях, как BYD.
· Полупроводники четвертого поколения:Си-Анский университет почты и телекоммуникаций и 46-й научно-исследовательский институт Китайской корпорации электронных технологий прорвали 8-дюймовую эпитаксиальную технологию оксида галлия,Вступая в первый эшалон мира.
2) Политическая и капитальная поддержка
·В 14-м пятилетнем плане страны полупроводники третьего поколения перечислены в качестве ключевого направления, а местные органы власти создали промышленные фонды на сумму более 10 миллиардов юаней.
·Среди десяти лучших технологических достижений в 2024 году были выбраны такие достижения, как устройства с нитридом галлия размером 6-8 дюймов и транзисторы оксида галлия.продемонстрировать прорывную тенденцию по всей промышленной цепочке.
IV. Проблемы и путь к прорыву
1) Техническое узкое место
· Подготовка материалов:Урожайность крупноразмерного роста однокристаллических кристаллов низкая (например, оксид галлия склонен к трещинам), а сложность контроля дефектов высока.
· Надежность устройства:Стандарты испытаний жизнедеятельности при высокой частоте и высоком напряжении еще не завершены, а цикл сертификации для автомобильных устройств длится долго.
2) Недостатки в промышленной цепочке
· Оборудование высокого класса зависит от импорта:Например, уровень отечественного производства кристаллических печей для выращивания карбида кремния составляет менее 20%.
· Слабая экосистема приложений:Предприятия, расположенные в нижней части производства, предпочитают импортные компоненты, а отечественная замена требует политических рекомендаций.
3) Стратегическое развитие
1Сотрудничество промышленности, университетов и научных исследований:Основываясь на модели "Третьего поколения полупроводников альянса",мы будем работать вместе с университетами (например, Университетом Чжэцзян, Технологическим институтом Нинбо) и предприятиями для решения ключевых технологий.
2Дифференцированная конкуренция:Сосредоточьтесь на дополнительных рынках, таких как новая энергетика и квантовая связь, и избегайте прямой конфронтации с традиционными гигантами.
3Развитие талантов:Создать специальный фонд для привлечения лучших зарубежных ученых и содействия дисциплинарному строительству "Чип-науки и инженерии".
От кремния до оксида галлия, эволюция полупроводников - это эпос прорыва человечества через физические пределы.Если Китай сможет воспользоваться возможностью полупроводников четвертого поколения и сделать планы на будущее для материалов пятого поколенияКак сказал академик Ян Дерен: "Истинные инновации требуют мужества идти по неизвестным путям." На этом пути, резонанс политики, капитала и технологий определит огромный океан китайской полупроводниковой промышленности.
ZMSH, как поставщик в секторе полупроводниковых материалов,установила всеобъемлющее присутствие на всей цепочке поставок от кремниевых/германиевых пластин первого поколения до тонких пленок галлиевого оксида и алмазов четвертого поколенияКомпания сосредоточена на увеличении серийного производства полупроводниковых компонентов третьего поколения, таких как карбид кремния и галлиевый нитрид.одновременно продвигая свои технические резервы в кристаллической подготовке для сверхшироких полос материаловИспользуя вертикально интегрированную систему исследований и разработок, выращивания кристаллов и обработки, ZMSH предоставляет индивидуальные материальные решения для базовых станций 5G, новых энергетических устройств и ультрафиолетовых лазерных систем.Компания разработала структуру производственных мощностей в диапазоне от 6-дюймовых пластинок с галлиевым арсенидом до 12-дюймовых пластинок с карбидом кремния., активно способствуя достижению стратегической цели Китая по созданию самодостаточной и контролируемой материальной основы для конкурентоспособности полупроводников следующего поколения.
12-дюймовый сапфировый пластинка ZMSH и 12-дюймовый SiC пластинка:
* Пожалуйста, свяжитесь с нами для любых проблем с авторским правом, и мы немедленно решим их.