Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения

April 29, 2025

последние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения

 

Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения

 

последние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 0Полупроводники являются краеугольным камнем информационной эры, и итерация полупроводниковых материалов напрямую определяет границы технологического прогресса человека.От полупроводников на основе кремния первого поколения до современных сверхширокополосных материалов четвертого поколения, каждая волна инноваций привела к стремительному развитию коммуникаций, энергетики, вычислений и других областей.

 


Анализируя характеристики и логику замены четырех поколений полупроводниковых материалов,мы можем сделать вывод о возможных направлениях для полупроводников пятого поколения и обсудить путь прорыва Китая в этой области.

 

 

I. Характеристики четырех поколений полупроводниковых материалов и логика замены поколений

 

 

Полупроводники первого поколения:

 

 

"Основная эра" кремния и германияпоследние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 1

  • Характеристики:Представители элементарных полупроводников, таких как кремний (Si) и германий (Ge), предлагали такие преимущества, как низкая стоимость, зрелая обработка и высокая надежность.Они были ограничены относительно узкими пробелами (Si: 1,12 eV, Ge: 0,67 eV), что приводит к плохому сопротивлению напряжению и недостаточной высокочастотной производительности.

  • Применение:Интегрированные схемы, солнечные батареи, низковольтные и низкочастотные устройства.

  • Причина замены:По мере роста спроса на высокочастотные и высокотемпературные характеристики в области связи и оптоэлектроники материалы на основе кремния больше не могли удовлетворять требованиям.

 

 

Полупроводники второго поколения:

"Оптоэлектронная революция" полупроводниковпоследние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 2

  • Характеристики:Представленные III-V соединенными полупроводниками, такими как арсенид галлия (GaAs) ифосфид индия (InP), эти материалы имеют более широкие полосы пропускания (GaAs: 1,42 eV) и высокую мобильность электронов, что делает их подходящими для высокочастотных и оптоэлектронных приложений.

  • Применение:Устройства 5G, лазеры, спутниковые связи.

  • Проблемы:Нехватка материалов (например, изобилие индия составляет только 0,001%) и высокие издержки на производство, с участием токсичных элементов (таких как мышьяк).

  • Причина замены:Появление нового энергетического и высоковольтного оборудования требовало еще большего сопротивления напряжению и эффективности, что привело к появлению широких материалов.

 

 

Полупроводники третьего поколения:

"Энергетическая революция" широкополосных материаловпоследние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 3

  • Характеристики:Сосредоточенные вокруг карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN), эти материалы предлагают значительно более широкие пробелы (SiC: 3,2 eV, GaN: 3,4 eV), высокоразрядные электрические поля,высокая теплопроводность, и превосходные высокочастотные характеристики.

  • Применение:Электрические приводы в новых энергетических транспортных средствах, фотоэлектрические инверторы, базовые станции 5G.

  • Преимущества:По сравнению с устройствами на основе кремния они сокращают потребление энергии более чем на 50% и уменьшают объем устройства на 70%.

  • Причина замены:Возникающие области, такие как искусственный интеллект и квантовые вычисления, требовали материалов с еще более высокой производительностью, что привело к появлению материалов с ультрашироким диапазоном.

 

 

Полупроводники четвертого поколения:

"Крайний прорыв" ультраширокополосных материалов

 

  • Характеристики:Представителемпоследние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 4(Ga2O3) и алмаз (C), эти материалы еще больше расширяют полосу пропускания (Ga2O3: 4,8 eV), предлагая сверхнизкое сопротивление проводимости, сопротивление сверхвысокому напряжению и значительный потенциал снижения затрат.
     

  • Применение:Ультравысоковольтные энергетические чипы, глубокие УФ-детекторы, квантовые устройства связи.
     

  • Прорыв:Устройства с оксидом галлия могут выдерживать напряжение, превышающее 8000 В, с эффективностью, утроившейся по сравнению с устройствами SiC.
     

  • Логика замены:Поскольку глобальные требования к вычислительной мощности и энергоэффективности приближаются к физическим пределам, новые материалы должны достичь высоких показателей в квантовом масштабе.
     

II. Тенденции полупроводников пятого поколения:

"Будущий план" квантовых материалов и двухмерных структур
 

Если эволюционный путь "расширения полосы пропускания + функциональной интеграции" продолжится, полупроводники пятого поколения могут сосредоточиться на следующих направлениях:
 

 

последние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 5

 

 

 

Топологические изоляторы:
Материалы, проводящие на поверхности, но изолирующие внутри.создание возможности для создания электронных устройств с нулевыми потерями энергии и преодоление узкого места для производства тепла традиционными полупроводниками.

 

 

 

 

 

последние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 6

 

 

 

Двумерные материалы:
Такие материалы, как графен и дисульфид молибдена (MoS2), чья толщина на атомном уровне позволяет получать ультравысокочастотную реакцию и потенциал для гибкой электроники.

 

 

 

 

 

последние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 7

 

 

 

 

Квантовые точки и фотонические кристаллы:
Использование эффектов квантового заключения для регулирования структуры энергетической полосы, достижение многофункциональной интеграции света, электричества и тепла.

 

 

 

 

 

 

 

 

последние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 8

 

 

 

Биополупроводники:
Самосборные материалы на основе ДНК или белков, совместимые как с биологическими системами, так и с электронными схемами.

 

 

 

 

 

 

 

 

последние новости компании о Прогнозы и проблемы полупроводниковых материалов пятого поколения 9

 

 

Основные движущие силы:
Разрушительные технологические требования, такие как искусственный интеллект, интерфейсы мозг-компьютер и сверхпроводность при комнатной температуре,подталкивают полупроводники к разумной и биосовместимой эволюции.

 

 

 

III. Возможности Китая:

Из "следующих" в "бегущих бок о бок"

Технологические прорывы и развертывание промышленной цепочки

  • Полупроводники третьего поколения:
    Китай добился массового производства 8-дюймовых SiC-субстратов, причем автомобильные SiC-MOSFET успешно развертываются такими автопроизводителями, как BYD.
     

  • Полупроводники четвертого поколения:
    Такие институты, как Сианьский университет почты и телекоммуникаций и Институт CETC 46 прошли через 8-дюймовую технологию эпитаксии оксида галлия, присоединившись к рядам ведущих мировых игроков.

Политическая и капитальная поддержка

  • Национальный "14-й пятилетний план" определяет полупроводники третьего поколения в качестве ключевой области.
     

  • Местные власти создали промышленные фонды на сотни миллиардов юаней.
     

  • В 2024 году в Топ-10 технологических достижений были отмечены такие достижения, как 6-дюймовые GaN-устройства и транзисторы оксида галлия, что указывает на прорыв в цепочке поставок.
     

IV. Проблемы и пути к прорыву
 

Технические узкие места

  • Подготовка материала:
    Развитие однокристаллических кристаллов большого диаметра имеет низкие показатели урожайности (например, оксид галлия подвержен трещинам) и контроль дефектов является чрезвычайно сложным.

  • Надежность устройства:
    Стандарты испытаний на протяжении всей службы в условиях высокой частоты и высокого напряжения еще не полностью установлены, а сертификации автомобильного класса являются длительными.
     

Недостатки промышленной цепочки

  • Зависимость от импортируемого высококлассного оборудования:
    Например, уровень внутреннего производства печей для выращивания кристаллов SiC составляет менее 20%.

  • Слабая экосистема приложений:
    Компании, расположенные в нижней части сети, по-прежнему предпочитают импортные устройства; для их замены на внутренние устройства потребуются политические рекомендации.
     

Стратегические подходы к развитию

  • Я...Сотрудничество между промышленностью и университетами:
    Учитесь на таких моделях, как "Союз полупроводников третьего поколения"," совместное использование ключевых технологий путем сотрудничества между университетами (например, Университетом Чжэцзян, Технологическим институтом Нинбо) и предприятиями.

  • Дифференцированная конкуренция:
    Сосредоточьтесь на дополнительных рынках, таких как новая энергетика и квантовая связь, чтобы избежать прямой конфронтации с традиционными отраслевыми гигантами.

  • Развитие талантов:
    Создать специальные фонды для привлечения лучших ученых из-за рубежа и содействия развитию таких дисциплин, как "Чип-наука и инженерия".
     


От кремния до оксида галлия, эволюция полупроводников - это история человечества, бросающая вызов границам физики.

Если Китай сможет воспользоваться возможностью, предоставленной полупроводниками четвертого поколения, и стратегически позиционировать себя для материалов пятого поколения,Он может достичь "перехода с переездной полосы" в глобальной технологической гонке..

Как сказал академик Ян Дерен: "Истинные инновации требуют мужества идти по нетронутым путям".
На этом пути резонанс политики, капитала и технологий определит будущее китайской полупроводниковой промышленности и ее путешествие к звездам и морю.