Beşinci nesil yarı iletken malzemelerinin tahminleri ve zorlukları

Beşinci nesil yarı iletken malzemelerinin tahminleri ve zorlukları

Yarım iletkenler bilgi çağının temel taşıdır ve malzemelerinin tekrarlanması doğrudan insan teknolojisinin sınırlarını belirler.Silikon bazlı ilk nesil yarı iletkenlerden mevcut dördüncü nesil ultra geniş bant aralığı malzemelerine, her yenilik jenerasyonu iletişim, enerji ve bilgisayar gibi alanlarda hızla gelişmeyi sağladı.Dördüncü nesil yarı iletken malzemelerinin özelliklerini ve nesil değişim mantığını analiz ederek, beşinci nesil yarı iletkenlerin olası yönleri speküle ediliyor ve aynı zamanda, Çin'in bu alanda atılım yolu araştırılıyor.

I. Dördüncü nesil yarı iletken malzemelerinin özellikleri ve nesil değiştirme mantığı

İlk nesil yarı iletkenlerin "Tasarım Çağı": Silikon ve germaniyum

Özellikleri:Silikon (Si) ve germanyum (Ge) tarafından temsil edilen elemental yarı iletkenlerin düşük maliyet, olgun süreç ve yüksek güvenilirlik avantajları vardır.nispeten dar bandgap genişliği (Si: 1.12 eV, Ge: 0.67 eV), sonuç olarak zayıf dayanma voltajı ve yetersiz yüksek frekans performansı.
Uygulamalar:Entegre devreler, güneş hücreleri, düşük voltajlı ve düşük frekanslı cihazlar.
Nesillerin değişmesinin nedeni:İletişim ve optoelektronik alanlarında yüksek frekanslı ve yüksek sıcaklık performansı için artan talepte, silikon bazlı malzemeler giderek talepleri karşılayamıyor.

ZMSH'nin Ge optik Windows & Si levhaları

İkinci nesil yarı iletkenler: bileşik yarı iletkenlerin "Optoelektronik Devrimi"

Özellikleri:Galyum arsenür (GaAs) ve indiyum fosfür (InP) tarafından temsil edilen III-V grup bileşikleri, artan bant genişliğine (GaAs: 1.42 eV), yüksek elektron hareketliliğine sahiptir.ve yüksek frekanslı ve fotoelektrik dönüşüm için uygundur.
Uygulamalar:5G radyo frekansı cihazları, lazerler, uydu iletişimleri.
Zorluklar:Kıt malzemeler (indiyum rezervleri sadece% 0,001 gibi), yüksek hazırlama maliyetleri ve toksik elementlerin varlığı (arsenik gibi).
Nesillerin değiştirilmesinin nedeni:Yeni enerji ve yüksek voltajlı güç ekipmanları, geniş bant boşluğu malzemelerinin ortaya çıkmasına neden olan gerilim direnci ve verimliliği için daha yüksek gereksinimler ortaya koymuştur.

ZMSH'nin GaAs ve InP levhaları

Üçüncü nesil yarı iletkenler: Geniş bant aralığı ile "Enerji Devrimi"

Özellikleri:Merkezi silikon karbid (SiC) ve galyum nitrit (GaN) ile bant boşluğu genişliği önemli ölçüde artırılır (SiC: 3.2 eV, GaN: 3.4 eV), yüksek parçalanma elektrik alanına sahiptir,Yüksek termal iletkenlik ve yüksek frekans özellikleri.
Uygulamalar:Yeni enerji araçları için elektrikli tahrik sistemleri, fotovoltaik invertörler, 5G baz istasyonları.
Avantajları:Silikon tabanlı cihazlara kıyasla enerji tüketimi %50'den fazla ve hacim %70'e düşer.
Nesillerin değiştirilmesinin nedeni:Yapay zeka ve kuantum bilişim gibi gelişen alanlar destek için daha yüksek performanslı malzemeler gerektirir ve The Times'ın gerektirdiği gibi ultra geniş bant boşluğu malzemeleri ortaya çıkmıştır.

ZMSH'nin SiC ve GaN levhaları

Dördüncü nesil yarı iletkenler: Ultra Geniş Bant Arası'nın "Sıradan Çarpışması"

Özellikleri:Gallium oksit (Ga2O3) ve elmas (C) tarafından temsil edilen bant boşluğu genişliği daha da arttı (gallium oksit: 4.8 eV), hem ultra düşük giriş direnci hem de ultra yüksek dayanma voltajı ile,ve büyük maliyet potansiyeline sahip.
Uygulamalar:Ultra yüksek voltajlı güç çipleri, derin ultraviyole dedektörleri, kuantum iletişim cihazları.
Başarı:Gallium oksit cihazları 8000V'den fazla gerilimi dayandırabilir ve verimlilikleri SiC'den üç kat daha yüksektir.
Nesillerin değiştirilmesinin mantığı:Bilgisayar gücünün ve enerji verimliliğinin küresel arayışı fiziksel sınırına yaklaştı ve yeni malzemelerin kuantum ölçeğinde performans sıçramasına ulaşması gerekiyor.

ZMSH'nin Ga2O3 levhası ve GaN On Diamond

II. Beşinci nesil yarı iletkenlerdeki eğilimler: Kuantum Malzemelerinin ve İki Boyutlu Yapıların "Geleceğin Planı"

"Bandgap genişliği genişlemesi + fonksiyonel entegrasyon" evrimsel yolu devam ederse, beşinci nesil yarı iletkenler aşağıdaki yönlere odaklanabilir:

1) Topolojik yalıtıcı:Yüzey iletkenliği ve iç yalıtım özellikleriyle sıfır enerjili elektronik cihazlar inşa etmek için kullanılabilir.Geleneksel yarı iletkenlerin ısı üretimi sıkışıklığını kırmak.
2) İki boyutlu malzemeler:Grafen ve molibden disülfür (MoS2) gibi atom düzeyinde kalınlığı olan maddeler, ultra yüksek frekanslı tepki ve esnek elektron potansiyeline sahiptir.
3) Kuantum noktaları ve fotonik kristaller:Bant yapısını kuantum sınırlama etkisi ile düzenleyerek, ışık, elektrik ve ısının çok fonksiyonel entegrasyonu elde edilir.
4) Biyosemikondüktörler:Biyolojik sistemler ve elektronik devrelerle uyumlu DNA veya proteinlere dayalı kendi kendini monte eden malzemeler.
5) Temel itici güçler:Yapay zeka, beyin-bilgisayar arayüzleri gibi yıkıcı teknolojilere olan talep,ve oda sıcaklığında süper iletkenlik, yarı iletkenlerin zekaya ve biyolojik uyumluluğa doğru evrimini teşvik ediyor..

Çin'in Yarım iletken endüstrisi için fırsatlar: "İzlemekten" "Hızlanmaya"

1) Teknolojik buluşlar ve endüstriyel zincir düzenlemesi

· Üçüncü nesil yarı iletkenler:Çin, 8 inçlik SiC substratlarının kitlesel üretimine ulaştı ve otomobil sınıfı SiC MOSFET'leri BYD gibi otomobil üreticilerinde başarılı bir şekilde uygulandı.
· Dördüncü nesil yarı iletkenler:Xi'an Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi ve Çin Elektronik Teknoloji Grubu Şirketi'nin 46. Araştırma Enstitüsü 8 inçlik galyum oksit epitaksyal teknolojisini kırdılar.Dünyanın ilk aşamasına giriyorum..

2) Politika ve sermaye desteği

·Ülkenin 14. Beş Yıllık Planı, üçüncü nesil yarı iletkenleri önemli bir odak noktası olarak listeler ve yerel hükümetler 10 milyar yuan değerinde endüstriyel fonlar kurdu.
·2024'teki en iyi on teknolojik gelişme arasında, 6-8 inçlik galyum nitrit cihazları ve galyum oksit transistörleri gibi başarılar seçildi.Tüm endüstriyel zincir boyunca bir atılım eğilimini göstermek.

IV. Zorluklar ve Çözüm Yolları
 

1) Teknik engelleme

· Malzeme hazırlığı:Büyük boyutlu tek kristal büyümesinin verimi düşüktür (örneğin, galyum oksit çatlamaya eğilimlidir) ve kusur kontrolünün zorluğu yüksektir.
· Cihaz güvenilirliği:Yüksek frekans ve yüksek voltaj altındaki ömür testi standartları henüz tamamlanmadı ve otomotiv sınıfı cihazlar için sertifika döngüsü uzun.

2) Endüstriyel zincirdeki eksiklikler

· Yüksek kaliteli ekipmanlar ithalatta:Örneğin, silikon karbid kristal büyüme fırınlarının yerli üretim oranı %20'den azdır.
· Zayıf uygulama ekosistemi:Aşağı hatlı işletmeler ithal bileşenleri tercih ederken, yerli yedekleme politika rehberliği gerektirir.

3) Stratejik gelişim

1Endüstri, üniversite ve araştırma işbirliği:"Üçüncü nesil Yarım iletkenler ittifakı" modeline dayanarak,Çekirdek teknolojileri ele almak için üniversitelerle (Zhejiang Üniversitesi Ningbo Teknoloji Enstitüsü gibi) ve işletmelerle birlikte çalışacağız..
2Farklı rekabet:Yeni enerji ve kuantum iletişim gibi artan pazarlara odaklanın ve geleneksel devlerle doğrudan çatışmaktan kaçının.
3Yetenek yetiştirme:Yurtdışındaki en iyi bilim insanlarını çekmek ve "Çip Bilim ve Mühendisliği" disiplininin inşasını teşvik etmek için özel bir fon oluşturmak.

Silikondan galiyum oksitine kadar, yarı iletkenlerin evrimi insanlığın fiziksel sınırları aşmasının bir destanıdır.Eğer Çin dördüncü nesil yarı iletkenlerin fırsatını yakalarsa ve beşinci nesil malzemeler için ileriye dönük planlar yaparsaAkademisyen Yang Deren'in dediği gibi, "Gerçek yenilik, keşfedilmemiş yollara gitme cesareti gerektirir." Bu yolda, politika, sermaye ve teknolojinin rezonansı Çin'in yarı iletken endüstrisinin geniş okyanusunu belirleyecek.

ZMSH, yarı iletken malzeme sektöründeki bir tedarikçi olarak,Birinci nesil silikon/germaniyum levhalardan dördüncü nesil galyum oksit ve elmas ince filmlere kadar tüm tedarik zincirinde kapsamlı bir varlık kurduŞirket, üçüncü nesil yarı iletken bileşenleri için seri üretim verimini arttırmaya odaklanıyor.paralel olarak ultra geniş bant boşluğu malzemeleri için kristal hazırlama teknik rezervlerini ilerletirkenZMSH, dikey olarak entegre bir Ar-Ge, kristal büyüme ve işleme sisteminden yararlanarak, 5G baz istasyonları, yeni enerji güç cihazları ve UV lazer sistemleri için özelleştirilmiş malzeme çözümleri sunar.Şirket, 6 inç galyum arsenür plakalarından 12 inç silikon karbid plakalarına kadar değişen bir üretim kapasitesi yapısı geliştirdi., Çin'in bir sonraki nesil yarı iletken rekabet gücü için kendi kendine yeten ve kontrol edilebilir bir malzeme temeli oluşturma stratejik hedefine aktif olarak katkıda bulunmaktadır.

ZMSH'nin 12 inç safir ve 12 inç SiC plakaları:

* Lütfen herhangi bir telif hakkı sorunu için bizimle iletişime geçin, ve biz derhal bunları ele alacağız.