Հինգերորդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութերի կանխատեսումներ և մարտահրավերներ

Կիսահաղորդիչները ծառայում են որպես տեղեկատվական դարաշրջանի անկյունաքար, որի յուրաքանչյուր նյութական իտերացիա վերաիմաստավորում է մարդկային տեխնոլոգիայի սահմանները: Առաջին սերնդի սիլիցիումային կիսահաղորդիչներից մինչև այսօրվա չորրորդ սերնդի գերլայն գոտիական բացվածք ունեցող նյութերը, յուրաքանչյուր էվոլյուցիոն թռիչքը խթանել է հաղորդակցության, էներգետիկայի և համակարգչային տեխնոլոգիաների ոլորտում փոխակերպող առաջընթացները: Վերլուծելով առկա կիսահաղորդչային նյութերի բնութագրերը և սերնդային անցման տրամաբանությունը՝ մենք կարող ենք կանխատեսել հինգերորդ սերնդի կիսահաղորդիչների պոտենցիալ ուղղությունները՝ միաժամանակ ուսումնասիրելով Չինաստանի ռազմավարական ուղիները այս մրցակցային ասպարեզում:

I. Չորս կիսահաղորդչային սերունդների բնութագրերը և էվոլյուցիոն տրամաբանությունը

Առաջին սերնդի կիսահաղորդիչներ. Սիլիցիում-գերմանիումի հիմքի դարաշրջան

Բնութագրերը. Սիլիցիումի (Si) և գերմանիումի (Ge) նման տարրական կիսահաղորդիչները առաջարկում են ծախսարդյունավետություն և հասուն արտադրական գործընթացներ, սակայն տառապում են նեղ արգելակային գոտիներից (Si՝ 1.12 eV; Ge՝ 0.67 eV), որոնք սահմանափակում են լարման հանդուրժողականությունը և բարձր հաճախականության կատարողականությունը:
Կիրառություններ՝ ինտեգրալ սխեմաներ, արևային մարտկոցներ, ցածր լարման/ցածր հաճախականության սարքեր։
Անցումային շարժիչ ուժ. Օպտոէլեկտրոնիկայում բարձր հաճախականության/բարձր ջերմաստիճանի կատարողականության աճող պահանջարկը գերազանցեց սիլիցիումի հնարավորությունները։

Երկրորդ սերնդի կիսահաղորդիչներ. III-V միացությունների հեղափոխությունը

Բնութագրերը. III-V միացությունները, ինչպիսիք են գալիումի արսենիդը (GaAs) և ինդիումի ֆոսֆիդը (InP), առանձնանում են ավելի լայն գոտիական բացերով (GaAs՝ 1.42 eV) և բարձր էլեկտրոնային շարժունակությամբ՝ ռադիոհաճախականության և ֆոտոնային կիրառությունների համար։
Կիրառություններ՝ 5G RF սարքեր, լազերային դիոդներ, արբանյակային կապ։
Խնդիրներ՝ նյութերի սակավություն (ինդիումի առատություն՝ 0.001%), թունավոր տարրեր (մկնդեղ) և բարձր արտադրական ծախսեր։
Անցումային շարժիչ ուժ. Էներգիայի/հզորության կիրառությունները պահանջում են ավելի բարձր տրոհման լարումներով նյութեր։

Երրորդ սերնդի կիսահաղորդիչներ. լայն գոտիական բացվածքի էներգետիկ հեղափոխություն

Բնութագրերը. Սիլիցիումի կարբիդը (SiC) և գալիումի նիտրիդը (GaN) ապահովում են >3 էՎ (SiC: 3.2 էՎ; GaN: 3.4 էՎ) արգելակային գոտիներ, որոնք ունեն գերազանց ջերմահաղորդականություն և բարձր հաճախականության բնութագրեր:
Կիրառություններ՝ էլեկտրական շարժիչներ, ֆոտովոլտային ինվերտորներ, 5G ենթակառուցվածքներ։
Առավելություններ՝ 50%+ էներգիայի խնայողություն և 70% չափի կրճատում՝ սիլիցիումի համեմատ։
Անցման շարժիչ ուժ. արհեստական ​​բանականությունը/քվանտային հաշվարկները պահանջում են ծայրահեղ արդյունավետության չափանիշներով նյութեր։

Չորրորդ սերնդի կիսահաղորդիչներ. գերլայն գոտիական բացվածքի սահման

Բնութագրերը. Գալիումի օքսիդը (Ga₂O₃) և ադամանդը (C) հասնում են մինչև 4.8 էՎ լարման բացերի, համատեղելով գերցածր միացման դիմադրությունը կՎ դասի լարման հանդուրժողականության հետ։
Կիրառություններ՝ գերբարձր լարման ինտեգրալ սխեմաներ, խորը ուլտրամանուշակագույն դետեկտորներ, քվանտային կապ։
Հեղափոխություններ. Ga₂O₃ սարքերը դիմանում են >8 կՎ լարման, եռապատկելով SiC-ի արդյունավետությունը։
Էվոլյուցիոն տրամաբանություն. ֆիզիկական սահմանափակումները հաղթահարելու համար անհրաժեշտ են քվանտային մասշտաբի կատարողականի ցատկեր։

I. Հինգերորդ սերնդի կիսահաղորդիչների միտումները. քվանտային նյութեր և երկչափ ճարտարապետություններ

Հնարավոր զարգացման վեկտորները ներառում են՝

1. Տոպոլոգիական մեկուսիչներ. Մակերեսային հաղորդունակությունը զանգվածային մեկուսացման հետ հնարավորություն է տալիս զրոյական կորուստներով էլեկտրոնիկա։

2. 2D նյութեր. Գրաֆենը/MoS₂-ը առաջարկում են THz-հաճախականության արձագանք և ճկուն էլեկտրոնիկայի համատեղելիություն:

3. Քվանտային կետեր և ֆոտոնային բյուրեղներ. Գոտիների ճեղքի ինժեներիան հնարավորություն է տալիս օպտոէլեկտրոնային-ջերմային ինտեգրացիա։

4. Կենսակիսահաղորդիչներ. ԴՆԹ-ի/սպիտակուցի վրա հիմնված ինքնահավաքվող նյութերը կամուրջ են հանդիսանում կենսաբանության և էլեկտրոնիկայի միջև։

5. Հիմնական շարժիչ ուժերը՝ արհեստական ​​բանականություն, ուղեղ-համակարգիչ ինտերֆեյսներ և սենյակային ջերմաստիճանի գերհաղորդականության պահանջներ։

II. Չինաստանի կիսահաղորդչային հնարավորությունները. հետևորդից մինչև առաջնորդ

1. Տեխնոլոգիական առաջընթացներ
• 3-րդ սերունդ. 8 դյույմանոց SiC հիմքերի զանգվածային արտադրություն; ավտոմոբիլային SiC MOSFET-ներ BYD մեքենաներում
• 4-րդ սերունդ. 8 դյույմանոց Ga₂O₃ էպիտաքսիայի առաջընթացներ XUPT-ի և CETC46-ի կողմից

2. Քաղաքականության աջակցություն
• 14-րդ հնգամյա ծրագիրը առաջնահերթություն է տալիս 3-րդ սերնդի կիսահաղորդիչներին
• Ստեղծվել են նահանգային հարյուր միլիարդ յուանի արդյունաբերական հիմնադրամներ

• 6-8 դյույմանոց GaN սարքերը և Ga₂O₃ տրանզիստորները ներառվել են 2024 թվականի 10 լավագույն տեխնոլոգիական առաջընթացների շարքում

III. Մարտահրավերներ և ռազմավարական լուծումներ

1. Տեխնիկական խոչընդոտներ
• Բյուրեղների աճ. Մեծ տրամագծով բուլերի համար ցածր արտադրողականություն (օրինակ՝ Ga₂O₃ ճաքերի առաջացում)
• Հուսալիության ստանդարտներ. Բարձր հզորության/բարձր հաճախականության ծերացման թեստերի համար սահմանված արձանագրությունների բացակայություն

2. Մատակարարման շղթայի բացեր
• Սարքավորումներ՝ <20% տեղական պարունակություն SiC բյուրեղների աճեցման համար
• Ընդունում. Ներմուծված բաղադրիչների համար նախընտրելի է հետագա հոսքը

3. Ռազմավարական ուղիներ

• Արդյունաբերության և ակադեմիական ոլորտի համագործակցություն. մոդելավորված «Երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային դաշինքի» օրինակով

• Նիշային կենտրոնացում. առաջնահերթություն տալ քվանտային հաղորդակցություններին/նոր էներգետիկ շուկաներին

• Տաղանդների զարգացում. «Չիպերի գիտություն և ճարտարագիտություն» ակադեմիական ծրագրերի ստեղծում

Սիլիցիումից մինչև Ga₂O₃, կիսահաղորդիչների էվոլյուցիան ցույց է տալիս մարդկության հաղթանակը ֆիզիկական սահմանափակումների նկատմամբ: Չինաստանի հնարավորությունը չորրորդ սերնդի նյութերի տիրապետման մեջ է՝ միաժամանակ առաջատար դիրք գրավելով հինգերորդ սերնդի նորարարություններում: Ինչպես նշել է ակադեմիկոս Յանգ Դերենը. «Իսկական նորարարությունը պահանջում է չանցած ուղիներ կերտել»: Քաղաքականության, կապիտալի և տեխնոլոգիայի համադրությունը կորոշի Չինաստանի կիսահաղորդչային ճակատագիրը:

XKH-ը դարձել է ուղղահայաց ինտեգրված լուծումների մատակարար, որը մասնագիտանում է բազմաթիվ տեխնոլոգիական սերունդների առաջատար կիսահաղորդչային նյութերի արտադրության մեջ: Հիմնական իրավասությունները, որոնք ընդգրկում են բյուրեղների աճը, ճշգրիտ մշակումը և ֆունկցիոնալ ծածկույթների տեխնոլոգիաները, XKH-ն մատակարարում է բարձր արդյունավետությամբ հիմքեր և էպիտաքսիալ վաֆլերներ՝ էներգետիկ էլեկտրոնիկայի, ռադիոհաճախականության հաղորդակցության և օպտոէլեկտրոնային համակարգերի առաջատար կիրառությունների համար: Մեր արտադրական էկոհամակարգը ներառում է 4-8 դյույմանոց սիլիցիումի կարբիդային և գալիումի նիտրիդային վաֆլերներ արտադրելու սեփական գործընթացներ՝ արդյունաբերության մեջ առաջատար թերությունների վերահսկմամբ, միաժամանակ պահպանելով ակտիվ հետազոտությունների և զարգացման ծրագրեր զարգացող գերլայն գոտիական բացվածք ունեցող նյութերի, այդ թվում՝ գալիումի օքսիդի և ադամանդե կիսահաղորդիչների ոլորտում: Առաջատար հետազոտական ​​հաստատությունների և սարքավորումների արտադրողների հետ ռազմավարական համագործակցության միջոցով XKH-ն մշակել է ճկուն արտադրական հարթակ, որը կարող է աջակցել ինչպես ստանդարտացված արտադրանքի մեծածավալ արտադրությանը, այնպես էլ անհատականացված նյութական լուծումների մասնագիտացված մշակմանը: XKH-ի տեխնիկական փորձագիտությունը կենտրոնանում է արդյունաբերական կարևորագույն մարտահրավերների լուծման վրա, ինչպիսիք են էներգետիկ սարքերի վաֆլերի միատարրության բարելավումը, ռադիոհաճախականության կիրառություններում ջերմային կառավարման բարելավումը և հաջորդ սերնդի ֆոտոնային սարքերի համար նոր հետերոկառուցվածքների մշակումը: Առաջադեմ նյութագիտությունը ճշգրիտ ճարտարագիտության հնարավորությունների հետ համատեղելով՝ XKH-ը հնարավորություն է տալիս հաճախորդներին հաղթահարել բարձր հաճախականության, բարձր հզորության և ծայրահեղ միջավայրի կիրառություններում կատարողականի սահմանափակումները՝ միաժամանակ աջակցելով տեղական կիսահաղորդչային արդյունաբերության անցմանը դեպի մատակարարման շղթայի ավելի մեծ անկախություն։

Ստորև ներկայացված են XKH-ի 12 դյույմանոց շափյուղային վաֆլը և 12 դյույմանոց SiC հիմքը.