Puslaidininkiai yra informacijos amžiaus kertinis akmuo, o kiekviena medžiagos iteracija iš naujo apibrėžia žmonių technologijų ribas. Nuo pirmosios kartos silicio pagrindu pagamintų puslaidininkių iki šiandieninių ketvirtosios kartos itin plataus draudžiamojo tarpo medžiagų – kiekvienas evoliucinis šuolis lėmė transformacinę pažangą ryšių, energetikos ir skaičiavimo srityse. Analizuodami esamų puslaidininkinių medžiagų savybes ir kartų perėjimo logiką, galime numatyti galimas penktosios kartos puslaidininkių kryptis ir kartu tyrinėti Kinijos strateginius kelius šioje konkurencingoje arenoje.
I. Keturių puslaidininkių kartų charakteristikos ir evoliucinė logika
Pirmosios kartos puslaidininkiai: silicio-germanio fondo era
Charakteristikos: Elementiniai puslaidininkiai, tokie kaip silicis (Si) ir germanis (Ge), pasižymi ekonomiškumu ir brandžiais gamybos procesais, tačiau jiems būdingas siauras draudžiamosios juostos plotis (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), ribotas įtampos toleravimas ir aukšto dažnio veikimas.
Taikymo sritys: integriniai grandynai, saulės elementai, žemos įtampos / žemo dažnio įtaisai.
Pereinamojo laikotarpio variklis: auganti aukšto dažnio / aukštos temperatūros našumo paklausa optoelektronikoje pranoko silicio galimybes.
Antros kartos puslaidininkiai: III-V junginių revoliucija
Charakteristikos: III-V junginiai, tokie kaip galio arsenidas (GaAs) ir indžio fosfidas (InP), pasižymi platesniais draudžiamaisiais tarpais (GaAs: 1,42 eV) ir dideliu elektronų judrumu, tinkamu RF ir fotonikos taikymams.
Taikymo sritys: 5G radijo dažnių įrenginiai, lazeriniai diodai, palydovinis ryšys.
Iššūkiai: medžiagų trūkumas (idžio gausa: 0,001 %), toksiški elementai (arsenas) ir didelės gamybos sąnaudos.
Pereinamojo laikotarpio tvarkyklė: energijos / elektros energijos taikymams reikėjo medžiagų, turinčių didesnę pramušimo įtampą.
Trečiosios kartos puslaidininkiai: plataus draudžiamojo tarpo energijos revoliucija
Charakteristikos: Silicio karbidas (SiC) ir galio nitridas (GaN) sukuria >3 eV draudžiamąsias juostas (SiC: 3,2 eV; GaN: 3,4 eV), pasižymi puikiu šilumos laidumu ir aukšto dažnio charakteristikomis.
Taikymo sritys: elektromobilių jėgos agregatai, fotovoltinių elementų keitikliai, 5G infrastruktūra.
Privalumai: 50%+ energijos taupymas ir 70% dydžio sumažinimas, palyginti su siliciu.
Perėjimo variklis: Dirbtiniam intelektui / kvantiniams skaičiavimams reikalingos medžiagos, pasižyminčios itin dideliais našumo rodikliais.
Ketvirtos kartos puslaidininkiai: itin plati draustminė juosta
Charakteristikos: Galio oksidas (Ga₂O₃) ir deimantas (C) pasiekia iki 4,8 eV draudžiamąsias juostas, derindami itin mažą įjungimo varžą su kV klasės įtampos tolerancija.
Taikymo sritys: itin aukštos įtampos integriniai grandynai, giliųjų UV spindulių detektoriai, kvantinė komunikacija.
Proveržiai: Ga₂O₃ įtaisai atlaiko >8 kV įtampą, taip patrigubindami SiC efektyvumą.
Evoliucinė logika: norint įveikti fizines ribas, reikalingi kvantinio masto našumo šuoliai.
I. Penktosios kartos puslaidininkių tendencijos: kvantinės medžiagos ir 2D architektūros
Potencialūs vystymosi vektoriai apima:
1. Topologiniai izoliatoriai: Paviršinis laidumas su tūrine izoliacija leidžia naudoti elektroniką be nuostolių.
2. 2D medžiagos: grafenas/MoS₂ pasižymi THz dažnio atsaku ir lanksčiu elektronikos suderinamumu.
3. Kvantiniai taškai ir fotoniniai kristalai: Draustinio tarpo inžinerija įgalina optoelektroninę ir terminę integraciją.
4. Biopuslaidininkiai: DNR/baltymų pagrindu sukurtos savaime susirenkančios medžiagos jungia biologiją ir elektroniką.
5. Pagrindiniai veiksniai: dirbtinis intelektas, smegenų ir kompiuterio sąsajos ir kambario temperatūros superlaidumo reikalavimai.
II. Kinijos puslaidininkių galimybės: nuo pasekėjos iki lyderės
1. Technologijų proveržiai
• 3-ioji karta: masinė 8 colių SiC substratų gamyba; automobilių klasės SiC MOSFET tranzistoriai BYD transporto priemonėse
• 4-oji karta: 8 colių Ga₂O₃ epitaksijos proveržiai, atlikti naudojant XUPT ir CETC46
2. Politikos palaikymas
• 14-ajame penkmečio plane pirmenybė teikiama trečiosios kartos puslaidininkiams
• Įkurti provincijos šimto milijardų juanių pramonės fondai
• Svarbiausi 6–8 colių GaN įtaisai ir Ga₂O₃ tranzistoriai, įtraukti į 10 geriausių 2024 m. technologijų pasiekimų sąrašą
III. Iššūkiai ir strateginiai sprendimai
1. Techniniai kliūtys
• Kristalų augimas: Mažas didelio skersmens kristalų išeiga (pvz., Ga₂O₃ krekingas)
• Patikimumo standartai: trūksta nustatytų protokolų, skirtų didelės galios / aukšto dažnio senėjimo bandymams
2. Tiekimo grandinės spragos
• Įranga: <20 % vietinės gamybos SiC kristalų augintojams
• Pritaikymas: pirmenybė teikiama importuotiems komponentams
3. Strateginiai keliai
• Pramonės ir akademinės bendruomenės bendradarbiavimas: sukurtas pagal „Trečiosios kartos puslaidininkių aljanso“ pavyzdį
• Nišinė kryptis: teikti pirmenybę kvantinėms komunikacijoms / naujoms energijos rinkoms
• Talentų ugdymas: Įkurti „Lustų mokslo ir inžinerijos“ akademines programas
Nuo silicio iki Ga₂O₃ – puslaidininkių evoliucija atspindi žmonijos pergalę prieš fizines ribas. Kinijos galimybė slypi ketvirtos kartos medžiagų įvaldyme ir penktos kartos inovacijų pradininke. Kaip pažymėjo akademikas Yang Derenas: „Tikrosioms inovacijoms reikia kurti nepramintus kelius.“ Politikos, kapitalo ir technologijų sinergija nulems Kinijos puslaidininkių likimą.
„XKH“ tapo vertikaliai integruotų sprendimų teikėja, kuri specializuojasi pažangiose puslaidininkinėse medžiagose, skirtose įvairioms technologijų kartoms. Turėdama pagrindines kompetencijas, apimančias kristalų auginimą, tikslų apdorojimą ir funkcinių dangų technologijas, „XKH“ tiekia didelio našumo substratus ir epitaksines plokšteles pažangiausioms galios elektronikos, radijo dažnių ryšio ir optoelektronikos sistemų reikmėms. Mūsų gamybos ekosistema apima patentuotus procesus, skirtus 4–8 colių silicio karbido ir galio nitrido plokštelėms gaminti su pirmaujančia pramonėje defektų kontrole, tuo pačiu metu palaikant aktyvias mokslinių tyrimų ir plėtros programas, susijusias su naujomis itin plačios draudžiamosios juostos medžiagomis, įskaitant galio oksidą ir deimantų puslaidininkius. Strategiškai bendradarbiaudama su pirmaujančiomis mokslinių tyrimų įstaigomis ir įrangos gamintojais, „XKH“ sukūrė lanksčią gamybos platformą, galinčią palaikyti tiek didelio masto standartizuotų gaminių gamybą, tiek specializuotą individualių medžiagų sprendimų kūrimą. „XKH“ techninė patirtis sutelkta į svarbiausių pramonės iššūkių, tokių kaip plokštelių vienodumo gerinimas galios įrenginiams, šilumos valdymo gerinimas radijo dažnių taikymuose ir naujų heterostruktūrų kūrimas naujos kartos fotoniniams įrenginiams, sprendimą. Derindama pažangų medžiagų mokslą su tiksliosios inžinerijos galimybėmis, „XKH“ leidžia klientams įveikti našumo apribojimus aukšto dažnio, didelės galios ir ekstremalios aplinkos taikymuose, kartu remdama vietinės puslaidininkių pramonės perėjimą prie didesnės tiekimo grandinės nepriklausomybės.
Toliau pateikiami XKH 12 colių safyro vafliai ir 12 colių SiC substratai:
Įrašo laikas: 2025 m. birželio 6 d.