Προβλέψεις και προκλήσεις των υλικών ημιαγωγών πέμπτης γενιάς

Προβλέψεις και προκλήσεις των υλικών ημιαγωγών πέμπτης γενιάς

Οι ημιαγωγοί είναι ο ακρογωνιαίος λίθος της εποχής των πληροφοριών, και η επανάληψη των υλικών τους καθορίζει άμεσα τα όρια της ανθρώπινης τεχνολογίας.Από την πρώτη γενιά των ημιαγωγών με βάση το πυρίτιο στην τρέχουσα τέταρτη γενιά των υλικών ultra-wide-bandgap, κάθε γενιά καινοτομίας έχει οδηγήσει σε άλμα στην ανάπτυξη σε τομείς όπως η επικοινωνία, η ενέργεια και η πληροφορική.Με την ανάλυση των χαρακτηριστικών των υλικών ημιαγωγών τέταρτης γενιάς και τη λογική της αντικατάστασης των γενεών, οι πιθανές κατευθύνσεις των ημιαγωγών πέμπτης γενιάς εικάζονται και ταυτόχρονα διερευνούνται οι προοπτικές της Κίνας στον τομέα αυτό.

Ι. Χαρακτηριστικά των υλικών ημιαγωγών τέταρτης γενιάς και η λογική της αντικατάστασης των γενεών

Η "Βασική Εποχή" της πρώτης γενιάς ημιαγωγών: το πυρίτιο και το γερμανικό

Χαρακτηριστικά:Οι βασικοί ημιαγωγοί που αντιπροσωπεύονται από το πυρίτιο (Si) και το γερμανικό (Ge) έχουν τα πλεονεκτήματα χαμηλού κόστους, ώριμης διαδικασίας και υψηλής αξιοπιστίας.περιορίζονται από το σχετικά στενό πλάτος ζώνης (SiΔύναται να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος αυτή για την επίτευξη των στόχων που καθορίζονται στο παράρτημα Ι.
Εφαρμογές:Συμπληρωματικά κυκλώματα, ηλιακά κύτταρα, συσκευές χαμηλής τάσης και χαμηλής συχνότητας.
Ο λόγος για την αλλαγή γενεών:Με την αυξανόμενη ζήτηση για υψηλής συχνότητας και υψηλής θερμοκρασίας απόδοση στους τομείς των επικοινωνιών και της οπτοηλεκτρονικής, τα υλικά με βάση το πυρίτιο σταδιακά δεν είναι σε θέση να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις.

Τα οπτικά πλακάκια Ge Windows & Si της ZMSH

Η δεύτερη γενιά ημιαγωγών: Η "Οπτοηλεκτρονική Επανάσταση" των σύνθετων ημιαγωγών

Χαρακτηριστικά:Οι ενώσεις της ομάδας III-V που αντιπροσωπεύονται από το αρσενικό του γαλλίου (GaAs) και το φωσφορικό ίνδιο (InP) έχουν αυξημένο πλάτος ζώνης (GaAs: 1,42 eV), υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων,και είναι κατάλληλες για υψηλής συχνότητας και φωτοηλεκτρική μετατροπή.
Εφαρμογές:Συσκευές ραδιοσυχνοτήτων 5G, λέιζερ, δορυφορικές επικοινωνίες.
Προκλήσεις:Η ελλείψη υλικών (όπως τα αποθέματα ινδίου μόλις 0,001%), τα υψηλά έξοδα προετοιμασίας και η παρουσία τοξικών στοιχείων (όπως το αρσενικό).
Ο λόγος για την αντικατάσταση των γενεών:Οι νέοι εξοπλισμοί ενέργειας και υψηλής τάσης έχουν θέσει υψηλότερες απαιτήσεις για την αντίσταση τάσης και την απόδοση, γεγονός που έχει οδηγήσει στην εμφάνιση υλικών ευρείας ζώνης.

Τα Wafer GaAs & InP της ZMSH

Ημιαγωγείς τρίτης γενιάς: Η "Ενεργειακή Επανάσταση" με ευρύ φάσμα

Χαρακτηριστικά:Με καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και νιτρικό γαλλίμιο (GaN) ως πυρήνα, το πλάτος του εύρους ζώνης αυξάνεται σημαντικά (SiC: 3,2 eV, GaN: 3,4 eV), με υψηλή διάσπαση ηλεκτρικού πεδίου,υψηλή θερμική αγωγιμότητα και χαρακτηριστικά υψηλής συχνότητας.
Εφαρμογές:Ηλεκτρικά συστήματα κίνησης για οχήματα νέας ενέργειας, φωτοβολταϊκοί μετατροπείς, σταθμοί βάσης 5G.
ΠλεονεκτήματαΗ κατανάλωση ενέργειας μειώνεται κατά περισσότερο από 50% σε σύγκριση με τις συσκευές με βάση το πυρίτιο και ο όγκος μειώνεται κατά 70%.
Ο λόγος για την αντικατάσταση των γενεών:Αναδυόμενα πεδία όπως η τεχνητή νοημοσύνη και η κβαντική πληροφορική απαιτούν υλικά υψηλότερης απόδοσης για υποστήριξη, και υλικά υπεράκτιου εύρους έχουν εμφανιστεί όπως απαιτεί ο Τάιμς.

Σφραγίδες SiC και GaN της ZMSH

Η τέταρτη γενιά ημιαγωγών: Η "εξαιρετική ανακάλυψη" της υπερείπνου ζώνης

Χαρακτηριστικά:Αντιπροσωπεύεται από το οξείδιο του γαλλίου (Ga2O3) και το διαμάντι (C), το πλάτος του διαχωρισμού ζώνης έχει αυξηθεί περαιτέρω (οξείδιο του γαλλίου: 4,8 eV), με εξαιρετικά χαμηλή αντίσταση και εξαιρετικά υψηλή τάση αντίστασης,και έχουν τεράστιο δυναμικό κόστους.
Εφαρμογές:Τσιπάκια υπερ-υψηλής τάσης, υπεριώδεις ανιχνευτές, συσκευές κβαντικής επικοινωνίας.
Πραγματική ανακάλυψη:Οι συσκευές οξειδίου του γαλλίου μπορούν να αντέξουν τάσεις άνω των 8000V και η απόδοσή τους είναι τρεις φορές υψηλότερη από εκείνη του SiC.
Η λογική της αντικατάστασης των γενεών:Η παγκόσμια επιδίωξη της υπολογιστικής ισχύος και της ενεργειακής απόδοσης έχει πλησιάσει το φυσικό όριο, και τα νέα υλικά πρέπει να επιτύχουν άλματα απόδοσης στην κβαντική κλίμακα.

Το Ga2O3 Wafer του ZMSH & GaN On Diamond

ΙΙ. Τρέντες σε ημιαγωγούς πέμπτης γενιάς: Το "Μέλλον Πρόγραμμα" των Κβαντικών Υλικών και των Δυαδιάστατων Διαρθρώσεων

Εάν συνεχιστεί η εξελικτική πορεία της "διαστολής εύρους ζώνης + λειτουργικής ολοκλήρωσης", οι ημιαγωγοί πέμπτης γενιάς μπορεί να επικεντρωθούν στις ακόλουθες κατευθύνσεις:

1) Τοπολογικός μονωτής:Με τα χαρακτηριστικά της επιφανειακής αγωγιμότητας και της εσωτερικής μόνωσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών μηδενικής ενέργειας,Διαλύοντας το μπουκάλιο παραγωγής θερμότητας των παραδοσιακών ημιαγωγών.
2) Δυαδιάστατα υλικά:Η ατμοσφαιρική ανάλυση της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης της ατμοσφαιρικής ανάλυσης.
3) Κβαντικές κουκίδες και φωτονικοί κρύσταλλοι:Με τη ρύθμιση της δομής της ζώνης μέσω του κβαντικού αποτελέσματος περιορισμού, επιτυγχάνεται η πολυλειτουργική ολοκλήρωση του φωτός, του ηλεκτρισμού και της θερμότητας.
4) Βιοηλεκτρικοί ημιαγωγοί:Υλικά αυτοσυναρμολόγησης με βάση το DNA ή τις πρωτεΐνες, συμβατά με βιολογικά συστήματα και ηλεκτρονικά κυκλώματα.
5) Κεντρικές κινητικές δυνάμεις:Η ζήτηση για τεχνολογίες όπως η τεχνητή νοημοσύνη, οι διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή,και υπεραγωγικότητα θερμοκρασίας δωματίου προωθεί την εξέλιξη των ημιαγωγών προς την ευφυΐα και τη βιοσυμβατότητα.

ΙΙΙ. Ευκαιρίες για τη βιομηχανία ημιαγωγών της Κίνας: από "ακολουθώντας" σε "διατηρώντας το ρυθμό"

1) Τεχνολογικές ανακαλύψεις και διάταξη της βιομηχανικής αλυσίδας

· Ημιαγωγούς τρίτης γενιάς:Η Κίνα έχει επιτύχει μαζική παραγωγή υποστρωμάτων SiC 8 ιντσών και τα SiC MOSFET αυτοκινητοβιομηχανίας έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία σε αυτοκινητοβιομηχανίες όπως η BYD.
· Ημιαγωγούς τέταρτης γενιάς:Το Πανεπιστήμιο Ταχυδρομείων και Τηλεπικοινωνιών του Σι' Αν και το 46ο Ερευνητικό Ινστιτούτο της Εταιρείας Τεχνολογίας Ηλεκτρονικής της Κίνας έχουν σπάσει την 8 ιντσών τεχνολογία επιτοξικού οξειδίου του γαλλίου,Μπαίνοντας στο πρώτο επίπεδο του κόσμου.

2) Πολιτική και στήριξη κεφαλαίων

·Το 14ο Πενταετές Σχέδιο της χώρας έχει απαριθμήσει τους ημιαγωγούς τρίτης γενιάς ως βασική εστίαση και οι τοπικές κυβερνήσεις έχουν δημιουργήσει βιομηχανικά ταμεία αξίας άνω των 10 δισεκατομμυρίων γιουάν.
·Μεταξύ των δέκα κορυφαίων τεχνολογικών εξελίξεων το 2024, επιλέχθηκαν επιτεύγματα όπως συσκευές νιτρικού γαλλίου 6-8 ιντσών και τρανζίστορες οξειδίου του γαλλίου,αποδεικνύοντας μια σημαντική τάση σε ολόκληρη τη βιομηχανική αλυσίδα.

IV. Προκλήσεις και ο δρόμος για την επίτευξη της
 

1) Τεχνικό εμπόδιο

· Προετοιμασία υλικού:Η απόδοση της ανάπτυξης μεγάλου μεγέθους μονοκρυστάλλων είναι χαμηλή (για παράδειγμα, το οξείδιο του γαλλίου είναι επιρρεπές στην ρωγμάτωση) και η δυσκολία ελέγχου ελαττωμάτων είναι υψηλή.
· Αξιόπιστη συσκευή:Τα πρότυπα δοκιμής ζωής υπό υψηλή συχνότητα και υψηλή τάση δεν έχουν ακόμη ολοκληρωθεί και ο κύκλος πιστοποίησης για τις συσκευές αυτοκινήτου είναι μακρύς.

2) Ελλείψεις στην βιομηχανική αλυσίδα

· Ο εξοπλισμός υψηλής τεχνολογίας εξαρτάται από τις εισαγωγές:Για παράδειγμα, το ποσοστό εγχώριας παραγωγής των κρυστάλλιων φούρνων ανάπτυξης καρβιδίου του πυριτίου είναι μικρότερο από 20%.
· Αδύναμο οικοσύστημα εφαρμογών:Οι επιχειρήσεις της κατωτέρω σειράς προτιμούν εισαγόμενα εξαρτήματα και η εγχώρια υποκατάσταση απαιτεί καθοδήγηση πολιτικής.

3) Στρατηγική ανάπτυξη

1Συνεργασία βιομηχανίας, πανεπιστημίου και έρευνας:Με βάση το μοντέλο "Τρίτης Γενιάς Συμμαχίας Ημιαγωγών",Θα συνεργαστούμε με πανεπιστήμια (όπως το Πανεπιστήμιο Zhejiang, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Ningbo) και επιχειρήσεις για την αντιμετώπιση βασικών τεχνολογιών.
2Διαφορετικός ανταγωνισμός:Επικεντρωθείτε σε αναπτυσσόμενες αγορές όπως η νέα ενέργεια και η κβαντική επικοινωνία και αποφύγετε την άμεση αντιπαράθεση με τους παραδοσιακούς γίγαντες.
3Καλλιέργεια ταλέντων:Δημιουργία ειδικού ταμείου για την προσέλκυση κορυφαίων ακαδημαϊκών από το εξωτερικό και την προώθηση της οικοδόμησης της πειθαρχίας της "Chip Science and Engineering".

Από το πυρίτιο στο οξείδιο του γαλλίου, η εξέλιξη των ημιαγωγών είναι ένα έπος της ανθρωπότητας που σπάει τα φυσικά όρια.Αν η Κίνα μπορεί να αρπάξει το παράθυρο ευκαιρίας των ημιαγωγών τέταρτης γενιάς και να κάνει μελλοντικά σχέδια για τα υλικά πέμπτης γενιάςΌπως δήλωσε ο ακαδημαϊκός Yang Deren, "Η πραγματική καινοτομία απαιτεί το θάρρος να ακολουθήσει άγνωστα μονοπάτια." Σε αυτό το μονοπάτι, η συνάφεια πολιτικής, κεφαλαίου και τεχνολογίας θα καθορίσει τον απέραντο ωκεανό της κινεζικής βιομηχανίας ημιαγωγών.

Η ZMSH, ως προμηθευτής στον τομέα των υλικών ημιαγωγών,έχει καθιερώσει μια ολοκληρωμένη παρουσία σε ολόκληρη την αλυσίδα εφοδιασμού, από πλακίδια πυριτίου/γερμανίου πρώτης γενιάς έως λεπτές ταινίες οξειδίου του γαλλίου τέταρτης γενιάς και διαμάντιαΗ εταιρεία επικεντρώνεται στη βελτίωση της παραγωγής μαζικής παραγωγής εξαρτημάτων ημιαγωγών τρίτης γενιάς, όπως υποστρώματα καρβιδίου του πυριτίου και επιταξιακές πλάκες νιτρικού γαλλίου.Παράλληλα με την προώθηση των τεχνικών αποθεμάτων της στην παρασκευή κρυστάλλων για υλικά ultra-wide bandgapΧρησιμοποιώντας ένα κατακόρυφα ολοκληρωμένο σύστημα έρευνας και ανάπτυξης, ανάπτυξης κρυστάλλων και επεξεργασίας, η ZMSH παρέχει εξατομικευμένες λύσεις υλικών για σταθμούς βάσης 5G, συσκευές νέας ενέργειας και συστήματα υπεριώδους ακτινοβολίας.Η εταιρεία έχει αναπτύξει μια βαθμιαία δομή παραγωγικής ικανότητας που κυμαίνεται από πλακίδια γαλλίου αρσενικού 6 ιντσών έως πλακίδια καρβιδίου πυριτίου 12 ιντσών, συμβάλλοντας ενεργά στον στρατηγικό στόχο της Κίνας για την οικοδόμηση μιας αυτάρκης και ελεγχόμενης βάσης υλικών για την ανταγωνιστικότητα των ημιαγωγών επόμενης γενιάς.

Η 12 ιντσών ζαφείρινη πλάκα του ZMSH και η 12 ιντσών SiC πλάκα:

* Παρακαλούμε επικοινωνήστε μαζί μας για τυχόν ανησυχίες σχετικά με τα πνευματικά δικαιώματα, και θα τα αντιμετωπίσουμε αμέσως.