Pooljuhid on infoajastu nurgakiviks, kusjuures iga materjali iteratsioon määratleb uuesti inimtehnoloogia piire. Alates esimese põlvkonna ränipõhistest pooljuhtidest kuni tänapäeva neljanda põlvkonna ülilaia keelutsooni materjalideni on iga evolutsiooniline hüpe toonud kaasa murrangulisi edusamme kommunikatsioonis, energeetikas ja arvutiteaduses. Analüüsides olemasolevate pooljuhtmaterjalide omadusi ja põlvkondadevahelise ülemineku loogikat, saame ennustada viienda põlvkonna pooljuhtide potentsiaalseid suundi, uurides samal ajal Hiina strateegilisi teid selles konkurentsitihedas areenil.
I. Nelja pooljuhtide põlvkonna omadused ja evolutsiooniline loogika
Esimese põlvkonna pooljuhid: räni-germaaniumi fondi ajastu
Omadused: Elementaarsed pooljuhid nagu räni (Si) ja germaanium (Ge) pakuvad kulutõhusust ja küpseid tootmisprotsesse, kuid neil on kitsad keelutsoonid (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), mis piirab pingetaluvust ja kõrgsageduslikku jõudlust.
Rakendused: integraallülitused, päikesepatareid, madalpinge/madalsageduslikud seadmed.
Üleminekutegur: optoelektroonika kõrgsagedusliku/kõrgtemperatuurilise jõudluse kasvav nõudlus edestas räni võimalusi.
Teise põlvkonna pooljuhid: III-V ühendite revolutsioon
Omadused: III-V ühenditel, nagu galliumarseniid (GaAs) ja indiumfosfiid (InP), on laiemad keelutsoonid (GaAs: 1,42 eV) ja suur elektronide liikuvus raadiosageduslike ja footonrakenduste jaoks.
Rakendused: 5G raadiosagedusseadmed, laserdioodid, satelliitside.
Probleemid: materjalide nappus (indiumi sisaldus: 0,001%), toksilised elemendid (arseen) ja kõrged tootmiskulud.
Ülemineku draiver: Energia-/elektrirakendused nõudsid kõrgema läbilöögipingega materjale.
Kolmanda põlvkonna pooljuhid: lai keelutsooni energiarevolutsioon
Omadused: Ränikarbiid (SiC) ja galliumnitriid (GaN) pakuvad keelutsooni >3eV (SiC:3,2eV; GaN:3,4eV), millel on suurepärane soojusjuhtivus ja kõrgsageduslikud omadused.
Rakendused: elektriautode jõuseadmed, PV-inverterid, 5G taristu.
Eelised: 50%+ energiasääst ja 70% väiksem suurus võrreldes räniga.
Ülemineku liikumapanev jõud: tehisintellekt/kvantarvutus nõuab äärmuslike jõudlusnäitajatega materjale.
Neljanda põlvkonna pooljuhid: ülilai keelutsooni piir
Omadused: Galliumoksiid (Ga₂O₃) ja teemant (C) saavutavad kuni 4,8 eV keelutsooni, ühendades ülimadala sisselülitustakistuse kV-klassi pingetaluvusega.
Rakendused: ülikõrgepinge integraallülitused, sügav-UV-detektorid, kvantkommunikatsioon.
Läbimurded: Ga₂O₃-seadmed taluvad >8 kV pinget, kolmekordistades SiC efektiivsust.
Evolutsiooniline loogika: füüsiliste piiride ületamiseks on vaja kvantmõõtmelisi jõudluse hüppeid.
I. Viienda põlvkonna pooljuhtide trendid: kvantmaterjalid ja 2D arhitektuurid
Võimalike arenguvektorite hulka kuuluvad:
1. Topoloogilised isolaatorid: Pindjuhtivus koos lahtise isolatsiooniga võimaldab nullkadudega elektroonikat.
2. 2D-materjalid: grafeen/MoS₂ pakub THz-sageduskarakteristikut ja paindlikku elektroonikaühilduvust.
3. Kvantpunktid ja footonkristallid: keelutsooni tehnoloogia võimaldab optoelektroonilis-termilist integratsiooni.
4. Biopooljuhid: DNA/valgupõhised iseorganiseeruvad materjalid ühendavad bioloogiat ja elektroonikat.
5. Peamised tegurid: tehisintellekt, aju-arvuti liidesed ja toatemperatuuril esineva ülijuhtivuse nõuded.
II. Hiina pooljuhtide võimalused: järgijast liidriks
1. Tehnoloogilised läbimurded
• 3. põlvkond: 8-tolliste SiC-aluste masstootmine; autotööstusele mõeldud SiC MOSFETid BYD-sõidukites
• 4. põlvkond: 8-tollised Ga₂O₃ epitaksia läbimurded XUPT ja CETC46 abil
2. Poliitiline tugi
• 14. viisaastakuplaan seab esikohale 3. põlvkonna pooljuhid
• Provintsi saja miljardi jüaani suurused tööstusfondid loodi
• 6–8-tollised GaN-seadmed ja Ga₂O₃-transistorid on 2024. aasta 10 parima tehnoloogilise edusammu hulgas
III. Väljakutsed ja strateegilised lahendused
1. Tehnilised kitsaskohad
• Kristallikasv: Suure läbimõõduga kristallide puhul on saagis madal (nt Ga₂O₃ krakkimine)
• Usaldusväärsusstandardid: Puuduvad kehtestatud protokollid suure võimsuse/kõrgsageduslike vananemistestide jaoks
2. Tarneahela lüngad
• Varustus: SiC-kristallide kasvatajate puhul <20% kodumaist sisaldust
• Kasutuselevõtt: Imporditud komponentide eelistamine allavoolu
3. Strateegilised teed
• Tööstuse ja akadeemiliste ringkondade koostöö: eeskujuks võetud „Kolmanda põlvkonna pooljuhtide liit”
• Nišifookus: kvantkommunikatsiooni/uute energiaturgude prioriseerimine
• Andekate arendamine: luua akadeemilised programmid „Kiibiteadus ja -tehnika”
Ränist Ga₂O₃-ni – pooljuhtide evolutsioon kroonika inimkonna võidukäigust füüsiliste piiride üle. Hiina võimalus seisneb neljanda põlvkonna materjalide omandamises ja viienda põlvkonna innovatsioonide teerajajana tegutsemises. Nagu akadeemik Yang Deren märkis: „Tõeline innovatsioon nõuab seni käimata teede rajamist.“ Poliitika, kapitali ja tehnoloogia sünergia määrab Hiina pooljuhtide saatuse.
XKH on kujunenud vertikaalselt integreeritud lahenduste pakkujaks, mis on spetsialiseerunud täiustatud pooljuhtmaterjalidele mitmes tehnoloogiapõlvkonnas. XKH pakub oma põhipädevustega kristallide kasvatamist, täppistöötlust ja funktsionaalseid katetehnoloogiaid tipptasemel rakenduste jaoks jõuelektroonikas, raadiosageduslikus sides ja optoelektroonikasüsteemides suure jõudlusega substraate ja epitaksiaalseid vahvleid. Meie tootmisökosüsteem hõlmab patenteeritud protsesse 4–8-tolliste ränikarbiidi ja galliumnitriidvahvlite tootmiseks, millel on tööstusharu juhtiv defektide kontroll, säilitades samal ajal aktiivsed teadus- ja arendusprogrammid uudsete ülilaia keelutsooni materjalide, sealhulgas galliumoksiidi ja teemantpooljuhtide valdkonnas. Strateegilise koostöö kaudu juhtivate teadusasutuste ja seadmetootjatega on XKH välja töötanud paindliku tootmisplatvormi, mis on võimeline toetama nii standardiseeritud toodete suuremahulist tootmist kui ka kohandatud materjalilahenduste spetsialiseeritud väljatöötamist. XKH tehniline oskusteave keskendub kriitiliste tööstusprobleemide lahendamisele, nagu näiteks vahvlite ühtluse parandamine jõuseadmetes, soojushalduse parandamine raadiosagedusrakendustes ja uudsete heterostruktuuride väljatöötamine järgmise põlvkonna footonseadmetele. Kombineerides täiustatud materjaliteadust täppistehnoloogia võimalustega, võimaldab XKH klientidel ületada jõudluspiiranguid kõrgsageduslikes, suure võimsusega ja äärmuslikes keskkondades kasutatavates rakendustes, toetades samal ajal kodumaise pooljuhtide tööstuse üleminekut suurema tarneahela sõltumatuse suunas.
Järgnevalt on toodud XKH 12-tollised safiirplaadid ja 12-tollised SiC-substraadid:
Postituse aeg: 06.06.2025