Voorspelling en uitdagingen van halfgeleidermaterialen van de vijfde generatie

Voorspelling en uitdagingen van halfgeleidermaterialen van de vijfde generatie

Halfgeleiders zijn de hoeksteen van het informatietijdperk en de herhaling van hun materialen bepaalt rechtstreeks de grenzen van menselijke technologie.Van de eerste generatie op silicium gebaseerde halfgeleiders tot de huidige vierde generatie ultrabreedbandmateriaal, heeft elke generatie innovatie een sprong in de ontwikkeling op gebieden als communicatie, energie en informatica opgeleverd.Door de kenmerken van halfgeleidermaterialen van de vierde generatie en de logica van de generatievervanging te analyserenIn het kader van het programma worden de mogelijke richtingen van halfgeleiders van de vijfde generatie bespiegeld en tegelijkertijd wordt onderzocht welke doorbraak China op dit gebied kan boeken.

I. Kenmerken van halfgeleidermaterialen van de vierde generatie en de logica van de vervanging van generaties

Het "Grondleggingstijdperk" van de eerste generatie halfgeleiders: silicium en germanium

Gewoonlijk:Elementen semiconductoren zoals silicium (Si) en germanium (Ge) hebben de voordelen van lage kosten, volwassen proces en hoge betrouwbaarheid.Deze zijn beperkt door de relatief smalle bandbreedte (SiHet gebruik van de elektrische apparatuur voor het opzetten van een elektrische schakelaar is in de meeste gevallen mogelijk door middel van een elektrische schakelaar.
Toepassingen:Geïntegreerde schakelingen, zonnecellen, laagspannings- en laagfrequente apparaten.
De reden voor generatiewisselingen:Met de stijgende vraag naar hoogfrequente en hoge temperatuurprestaties op het gebied van communicatie en opto-elektronica, kunnen siliciummaterialen geleidelijk aan niet meer aan de eisen voldoen.

Ge optische Windows & Si wafers van ZMSH

Tweede generatie halfgeleiders: de "opto-elektronica-revolutie" van samengestelde halfgeleiders

Gewoonlijk:Verbindingen van de III-V-groep, vertegenwoordigd door galliumarsenide (GaAs) en indiumfosfide (InP), hebben een verhoogde bandbreedte (GaAs: 1,42 eV), hoge elektronenmobiliteit,met een vermogen van niet meer dan 10 W.
Toepassingen:5G-apparaten, lasers, satellietcommunicatie.
Uitdagingen:Tekort aan materialen (zoals indiumreserves van slechts 0,001%), hoge bereidingskosten en aanwezigheid van giftige elementen (zoals arseen).
De reden voor de generatievervanging:Nieuwe energie- en hoogspanningsmachines stellen hogere eisen aan spanningsweerstand en efficiëntie, wat de opkomst van brede bandgapmaterialen heeft aangedreven.

GaAs- en InP-wafers van ZMSH

Derde generatie halfgeleiders: de "energie-revolutie" met breedband

Kenmerken:Met siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN) als kern wordt de bandbreedte aanzienlijk vergroot (SiC: 3,2 eV, GaN: 3,4 eV), met een hoog afbraak elektrisch veld,hoge thermische geleidbaarheid en hoogfrequente kenmerken.
Toepassingen:Elektrische aandrijfsystemen voor nieuwe energievoertuigen, fotovoltaïsche omvormers, 5G-basisstations.
Voordelen:Het energieverbruik wordt met meer dan 50% verminderd in vergelijking met siliciumapparaten en het volume wordt met 70% verminderd.
De reden voor de generatievervanging:Opkomende gebieden zoals kunstmatige intelligentie en quantumcomputing vereisen materialen met een hogere prestatie voor ondersteuning, en ultrabreedbandgap-materialen zijn ontstaan zoals The Times vereist.

ZMSH's SiC-wafers & GaN-wafers

Vierde generatie halfgeleiders: de "extreme doorbraak" van ultrabreedband

Gewoonlijk:De bandbreedte is verder vergroot (galliumoxide: 4,8 eV), met zowel een ultralage aanstollingsweerstand als een ultrahoge weerstandspanning.en met een enorm kostenpotentieel.
Toepassingen:Ultra-hoge spanning power chips, diepe ultraviolette detectoren, quantum communicatie apparaten.
Doorbraak:Gallium-oxide-apparaten kunnen spanningen van meer dan 8000 V weerstaan en hun efficiëntie is drie keer hoger dan die van SiC.
De logica van generatievervanging:De wereldwijde zoektocht naar rekenkracht en energie-efficiëntie heeft de fysieke grens bereikt en nieuwe materialen moeten prestaties op kwantumschaal bereiken.

ZMSH's Ga2O3 wafer & GaN On Diamond

Trends in halfgeleiders van de vijfde generatie: de "toekomstige blauwdruk" van kwantummaterialen en tweedimensionale structuren

Als het evolutionaire pad van "bandgapbreedte-uitbreiding + functionele integratie" doorgaat, kunnen de vijfde generatie halfgeleiders zich op de volgende richtingen richten:

1) Topologische isolatie:Met de eigenschappen van oppervlakgeleiding en interne isolatie kan het worden gebruikt voor het bouwen van elektronische apparaten met een energieverbruik van nul.doorbreken van de knelpunten bij de warmteopwekking van traditionele halfgeleiders.
2) Tweedimensionale materialen:In de eerste plaats is het van belang dat de Europese Commissie in de toekomst de mogelijkheid biedt om de ontwikkeling van de interne markt te stimuleren.
3) Quantumpunten en fotonische kristallen:Door de bandstructuur te reguleren door middel van het quantumconfinement-effect, wordt de multifunctionele integratie van licht, elektriciteit en warmte bereikt.
4) Biosemi-geleiders:Zelfassemblerende materialen op basis van DNA of eiwitten, compatibel met biologische systemen en elektronische circuits.
5) Kerndrijvende krachten:De vraag naar disruptieve technologieën zoals kunstmatige intelligentie, hersen-computer-interfaces,en kamertemperatuur supergeleiding bevordert de evolutie van halfgeleiders naar intelligentie en biocompatibiliteit.

Mogelijkheden voor de Chinese halfgeleiderindustrie: van "volgen" naar "snel blijven"

1) Technologische doorbraken en industriële keten

• Halvegeleiders van de derde generatie:China heeft een massaproductie van 8-inch SiC-substraten bereikt, en SiC-MOSFET's van automotive-kwaliteit zijn met succes toegepast bij autofabrikanten zoals BYD.
· Halvegeleiders van de vierde generatie:Xi'an Universiteit van Post en Telecommunicatie en het 46e onderzoeksinstituut van China Electronics Technology Group Corporation hebben de 8-inch gallium-oxide epitaxiale technologie doorbroken.Ik ben de eerste in de wereld..

2) Beleids- en kapitaalsteun

·In het 14e vijfjarenplan van het land is de derde generatie halfgeleiders als een belangrijke focus vermeld, en lokale overheden hebben industriële fondsen opgericht ter waarde van meer dan 10 miljard yuan.
·Onder de tien beste technologische ontwikkelingen in 2024 werden prestaties zoals 6- tot 8-inch galliumnitride-apparaten en gallium-oxide-transistors geselecteerd.een doorbraak in de gehele industriële keten.

IV. Uitdagingen en de weg naar een doorbraak
 

1) Technische knelpunten

· Voorbereiding van materiaal:De opbrengst van grote enkelkristallengroei is laag (bijvoorbeeld galliumoxide is gevoelig voor kraken) en de moeilijkheid om defecten te beheersen is groot.
· Betrouwbaarheid van het apparaat:De levensduurstandaarden voor hoogfrequente en hoogspanning zijn nog niet afgerond en de certificeringscyclus voor autoapparaten is lang.

2) Tekortkomingen in de industriële keten

· High-end apparatuur is afhankelijk van invoer:De productiecijfers van de producenten in de VRC zijn in vergelijking met de productiecijfers van de bedrijfstak van de Unie.
· Zwakke toepassingsecosysteem:Ondernemingen in de downstreamsector geven de voorkeur aan geïmporteerde onderdelen en de binnenlandse substitutie vereist beleidsrichtlijnen.

3) Strategische ontwikkeling

1- samenwerking tussen industrie, universiteit en onderzoek:Gebaseerd op het model van de "derde generatie halfgeleideralliantie",we zullen samenwerken met universiteiten (zoals Zhejiang University Ningbo Institute of Technology) en bedrijven om kerntechnologieën aan te pakken.
2Differentiatieve concurrentie:Concentreer u op incrementele markten zoals nieuwe energie en kwantumcommunicatie en vermijd een directe confrontatie met traditionele reuzen.
3Talentontwikkeling:Een speciaal fonds opzetten om top buitenlandse wetenschappers aan te trekken en de discipline-opbouw van "Chip Science and Engineering" te bevorderen.

Van silicium tot gallioxide, de evolutie van halfgeleiders is een epische van de mensheid doorbreken fysieke grenzen.Als China de mogelijkheden van de vierde generatie halfgeleiders kan grijpen en toekomstgerichte plannen kan maken voor de vijfde generatie materialenZoals academici Yang Deren zei: "Echte innovatie vereist de moed om onbekende paden te gaan." Op dit pad, zal de resonantie van beleid, kapitaal en technologie de enorme oceaan van de Chinese halfgeleiderindustrie bepalen.

ZMSH als leverancier in de sector halfgeleidermaterialenheeft een uitgebreide aanwezigheid opgebouwd in de volledige toeleveringsketen, van de eerste generatie silicium-/germaniumwafers tot de vierde generatie gallioxide- en diamantdunne foliesHet bedrijf richt zich op het verbeteren van de massaproductie van derde generatie halfgeleidercomponenten, zoals siliciumcarbide-substraten en galliumnitride-epitaxiale wafers.Het is de bedoeling dat de Commissie in het kader van haar werkzaamheden in het kader van het programma voor onderzoek en technologische ontwikkeling de volgende maatregelen neemt:Met behulp van een verticaal geïntegreerd R&D, kristalgroei en verwerkingssysteem levert ZMSH oplossingen op maat voor 5G basisstations, nieuwe energie-energieapparaten en UV-lasersystemen.Het bedrijf heeft een ingedeelde productiecapaciteitsstructuur ontwikkeld, variërend van 6-inch gallium arsenide wafers tot 12-inch siliciumcarbide wafers, die actief bijdraagt aan het strategische doel van China om een zelfvoorzienende en controleerbare materiële basis te bouwen voor de concurrentiepositie van de volgende generatie halfgeleiders.

ZMSH's 12 inch saffier wafer en 12 inch SiC wafer:

* Neem contact met ons op voor eventuele auteursrechtelijke problemen, en wij zullen deze onmiddellijk aanpakken.