Паўправаднікі служаць краевугольным каменем інфармацыйнай эры, і кожная ітэрацыя матэрыялу перавызначае межы чалавечых тэхналогій. Ад паўправаднікоў на аснове крэмнію першага пакалення да сённяшніх матэрыялаў чацвёртага пакалення з ультрашырокай забароненай зонай — кожны эвалюцыйны скачок прывёў да трансфармацыйных дасягненняў у галіне сувязі, энергетыкі і вылічальнай тэхнікі. Аналізуючы характарыстыкі і логіку пераходу паміж пакаленнямі існуючых паўправадніковых матэрыялаў, мы можам прагназаваць патэнцыйныя напрамкі развіцця паўправаднікоў пятага пакалення, адначасова вывучаючы стратэгічныя шляхі Кітая ў гэтай канкурэнтнай сферы.
I. Характарыстыкі і эвалюцыйная логіка чатырох пакаленняў паўправадніковых прылад
Паўправаднікі першага пакалення: эра крэмніевага фундаменту
Характарыстыкі: Элементарныя паўправаднікі, такія як крэмній (Si) і германій (Ge), прапануюць эканамічную эфектыўнасць і распрацаваныя вытворчыя працэсы, але пакутуюць ад вузкіх шырынь забароненай зоны (Si: 1,12 эВ; Ge: 0,67 эВ), што абмяжоўвае дапушчальнасць напружання і высокія частаты.
Прымяненне: інтэгральныя схемы, сонечныя элементы, нізкавольтныя/нізкачастотныя прылады.
Рухавік пераходу: рост попыту на высокачастотныя/высокатэмпературныя характарыстыкі ў оптаэлектроніцы апярэдзіў магчымасці крэмнію.
Паўправаднікі другога пакалення: рэвалюцыя злучэнняў III-V
Характарыстыкі: злучэнні III-V групы, такія як арсенід галію (GaAs) і фасфід індыя (InP), маюць больш шырокія забароненыя зоны (GaAs: 1,42 эВ) і высокую рухомасць электронаў для радыёчастотных і фатонных прымяненняў.
Прымяненне: радыёчастотныя прылады 5G, лазерныя дыёды, спадарожнікавая сувязь.
Праблемы: дэфіцыт матэрыялаў (утрыманне індыя: 0,001%), таксічныя элементы (мыш'як) і высокія выдаткі на вытворчасць.
Кіроўца пераходу: Энергетычныя/магутныя прымяненні патрабавалі матэрыялаў з больш высокімі прабойнымі напружаннямі.
Паўправаднікі трэцяга пакалення: шырокапалосная энергетычная рэвалюцыя
Характарыстыкі: Карбід крэмнію (SiC) і нітрыд галію (GaN) забяспечваюць шырыню забароненай зоны >3 эВ (SiC: 3,2 эВ; GaN: 3,4 эВ), з выдатнай цеплаправоднасцю і высокачастотнымі характарыстыкамі.
Прымяненне: сілавыя агрэгаты для электрамабіляў, фотаэлектрычныя інвертары, інфраструктура 5G.
Перавагі: эканомія энергіі больш за 50% і памяншэнне памеру на 70% у параўнанні з крэмніем.
Рухавік пераходу: штучны інтэлект/квантавыя вылічэнні патрабуюць матэрыялаў з экстрэмальнымі паказчыкамі прадукцыйнасці.
Паўправаднікі чацвёртага пакалення: звышшырокая мяжа забароненай зоны
Характарыстыкі: Аксід галію (Ga₂O₃) і алмаз (C) дасягаюць шырыні забароненай зоны да 4,8 эВ, спалучаючы ў сабе звышнізкае супраціўленне ўключанага рэжыму з дапушчальнай нагрузкай кВ.
Прымяненне: ІС звышвысокага напружання, дэтэктары глыбокага ультрафіялетавага выпраменьвання, квантавая камунікацыя.
Прарывы: прылады на аснове Ga₂O₃ вытрымліваюць напружанне >8 кВ, што ўтрая павялічвае эфектыўнасць SiC.
Эвалюцыйная логіка: для пераадолення фізічных абмежаванняў неабходныя скачкі ў прадукцыйнасці квантавага маштабу.
I. Тэндэнцыі паўправадніковай тэхнікі пятага пакалення: квантавыя матэрыялы і 2D-архітэктуры
Патэнцыйныя вектары развіцця ўключаюць:
1. Тапалагічныя ізалятары: павярхоўная праводнасць з аб'ёмнай ізаляцыяй дазваляе ствараць электроніку з нулявымі стратамі.
2. 2D-матэрыялы: графен/MoS₂ забяспечваюць ТГц-частотную характарыстыку і гнуткую сумяшчальнасць з электронікай.
3. Квантавыя кропкі і фатонныя крышталі: інжынерыя забароненай зоны дазваляе інтэграваць оптаэлектронныя і цеплавыя элементы.
4. Біяпаўправаднікі: самаарганізуючыяся матэрыялы на аснове ДНК/бялкоў злучаюць біялогію і электроніку.
5. Асноўныя фактары, якія ўплываюць на развіццё: штучны інтэлект, інтэрфейсы «мозг-камп'ютар» і патрабаванні да звышправоднасці пры пакаёвай тэмпературы.
II. Паўправадніковыя магчымасці Кітая: ад паслядоўніка да лідара
1. Тэхналагічныя прарывы
• 3-е пакаленне: масавая вытворчасць 8-цалевых SiC-падкладак; аўтамабільныя SiC MOSFET у аўтамабілях BYD
• 4-е пакаленне: прарывы ў эпітаксіі Ga₂O₃ памерам 8 цаляў, зробленыя кампаніямі XUPT і CETC46
2. Палітычная падтрымка
• 14-ы пяцігадовы план аддае прыярытэт паўправаднікам трэцяга пакалення
• Створаны правінцыйныя прамысловыя фонды ў сто мільярдаў юаняў
• Вехі: 6-8-цалевыя прылады на аснове GaN і транзістары Ga₂O₃ увайшлі ў дзесятку найлепшых тэхналагічных дасягненняў 2024 года
III. Праблемы і стратэгічныя рашэнні
1. Тэхнічныя вузкія месцы
• Рост крышталяў: нізкі выхад для булак вялікага дыяметра (напрыклад, расколіна Ga₂O₃)
• Стандарты надзейнасці: адсутнасць усталяваных пратаколаў для выпрабаванняў на старэнне пры высокай магутнасці/высокай частаце
2. Прабелы ў ланцужку паставак
• Абсталяванне: <20% айчыннага ўтрымання для вытворцаў крышталяў SiC
• Укараненне: перавага імпартных кампанентаў у далейшым
3. Стратэгічныя шляхі
• Супрацоўніцтва паміж прамысловасцю і акадэмічнымі коламі: па ўзоры «Альянсу паўправаднікоў трэцяга пакалення»
• Нішавая ўвага: прыярытэт квантавых камунікацый/новых энергетычных рынкаў
• Развіццё талентаў: стварэнне акадэмічных праграм «Чыпавая навука і інжынерыя»
Ад крэмнію да Ga₂O₃, эвалюцыя паўправаднікоў адлюстроўвае трыумф чалавецтва над фізічнымі абмежаваннямі. Шансы Кітая заключаюцца ў авалоданні матэрыяламі чацвёртага пакалення, адначасова з'яўляючыся піянерам інавацый пятага пакалення. Як адзначыў акадэмік Ян Дэрэн: «Сапраўдныя інавацыі патрабуюць пракладання няпраходжаных шляхоў». Сінергія палітыкі, капіталу і тэхналогій вызначыць лёс Кітая ў галіне паўправаднікоў.
XKH стала вертыкальна інтэграваным пастаўшчыком рашэнняў, які спецыялізуецца на перадавых паўправадніковых матэрыялах для некалькіх пакаленняў тэхналогій. Маючы асноўныя кампетэнцыі, якія ахопліваюць рост крышталяў, дакладную апрацоўку і тэхналогіі функцыянальных пакрыццяў, XKH пастаўляе высокапрадукцыйныя падкладкі і эпітаксіяльныя пласціны для перадавых ужыванняў у сілавой электроніцы, радыёчастотнай сувязі і оптаэлектронных сістэмах. Наша вытворчая экасістэма ахоплівае запатэнтаваныя працэсы для вытворчасці пласцін з карбіду крэмнію і нітрыду галію памерам 4-8 цаляў з вядучым у галіны кантролем дэфектаў, адначасова падтрымліваючы актыўныя праграмы даследаванняў і распрацовак у новых матэрыялах з ультрашырокай забароненай зонай, уключаючы аксід галію і алмазныя паўправаднікі. Дзякуючы стратэгічнаму супрацоўніцтву з вядучымі навукова-даследчымі ўстановамі і вытворцамі абсталявання, XKH распрацавала гнуткую вытворчую платформу, здольную падтрымліваць як масавую вытворчасць стандартызаванай прадукцыі, так і спецыялізаваную распрацоўку індывідуальных матэрыяльных рашэнняў. Тэхнічная экспертыза XKH сканцэнтравана на вырашэнні крытычных праблем галіны, такіх як паляпшэнне аднастайнасці пласцін для сілавых прылад, паляпшэнне цеплавога кіравання ў радыёчастотных прымяненнях і распрацоўка новых гетэраструктур для фатонных прылад наступнага пакалення. Спалучаючы перадавыя тэхналогіі матэрыялазнаўства з магчымасцямі дакладнай інжынерыі, XKH дазваляе кліентам пераадольваць абмежаванні прадукцыйнасці ў высокачастотных, магутнасных і экстрэмальных умовах прымянення, адначасова падтрымліваючы пераход айчыннай паўправадніковай прамысловасці да большай незалежнасці ад ланцужкоў паставак.
Ніжэй прыведзены 12-цалевыя сапфіравыя пласціны і 12-цалевыя падкладкі SiC ад XKH:
Час публікацыі: 06 чэрвеня 2025 г.