A félvezetők az információs kor sarokkövei, és minden egyes anyagiteráció újraértelmezi az emberi technológia határait. Az első generációs szilíciumalapú félvezetőktől a mai negyedik generációs ultraszéles tiltott sávú anyagokig minden evolúciós ugrás transzformatív előrelépéseket eredményezett a kommunikáció, az energetika és a számítástechnika területén. A meglévő félvezető anyagok jellemzőinek és generációs átmeneti logikájának elemzésével megjósolhatjuk az ötödik generációs félvezetők lehetséges irányait, miközben feltárjuk Kína stratégiai útvonalait ebben a versenyképes színtéren.
I. Négy félvezető generáció jellemzői és evolúciós logikája
Első generációs félvezetők: A szilícium-germánium alapítvány korszaka
Jellemzők: Az elemi félvezetők, mint például a szilícium (Si) és a germánium (Ge), költséghatékonyak és kiforrott gyártási eljárásokat kínálnak, ugyanakkor szűk tiltott sávokkal (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV) rendelkeznek, ami korlátozza a feszültségtűrést és a nagyfrekvenciás teljesítményt.
Alkalmazások: Integrált áramkörök, napelemek, kisfeszültségű/kisfrekvenciás eszközök.
Átmeneti hajtóerő: Az optoelektronikai nagyfrekvenciás/magas hőmérsékleti teljesítmény iránti növekvő kereslet meghaladta a szilícium képességeit.
Második generációs félvezetők: A III-V. vegyületforradalom
Jellemzők: A III-V vegyületek, mint például a gallium-arzenid (GaAs) és az indium-foszfid (InP), szélesebb tiltott sávokkal (GaAs: 1,42 eV) és nagy elektronmobilitással rendelkeznek RF és fotonikus alkalmazásokhoz.
Alkalmazások: 5G RF eszközök, lézerdiódák, műholdas kommunikáció.
Kihívások: Anyaghiány (indium mennyisége: 0,001%), mérgező elemek (arzén) és magas termelési költségek.
Átmeneti meghajtó: Az energia-/teljesítményalkalmazások magasabb átütési feszültségű anyagokat igényeltek.
Harmadik generációs félvezetők: Széles tiltott sávú energiaforradalom
Jellemzők: A szilícium-karbid (SiC) és a gallium-nitrid (GaN) >3eV (SiC: 3,2eV; GaN: 3,4eV) tiltott sávokat biztosít, kiváló hővezető képességgel és nagyfrekvenciás jellemzőkkel.
Alkalmazások: elektromos járművek hajtásláncai, fotovoltaikus inverterek, 5G infrastruktúra.
Előnyök: 50%+ energiamegtakarítás és 70%-os méretcsökkenés a szilíciumhoz képest.
Átmeneti mozgatórugó: A mesterséges intelligencia/kvantum-számítástechnika extrém teljesítménymutatókkal rendelkező anyagokat igényel.
Negyedik generációs félvezetők: Ultraszéles tiltott sávszélesség-határ
Jellemzők: A gallium-oxid (Ga₂O₃) és a gyémánt (C) akár 4,8 eV-os tiltott sávot is elérhet, ami az ultra-alacsony bekapcsolási ellenállást kV-os feszültségtűréssel ötvözi.
Alkalmazások: Ultra nagyfeszültségű integrált áramkörök, mély-UV detektorok, kvantumkommunikáció.
Áttörések: A Ga₂O₃ eszközök >8 kV feszültséget bírnak el, ami megháromszorozza a SiC hatásfokát.
Evolúciós logika: Kvantumléptékű teljesítményugrásokra van szükség a fizikai korlátok leküzdéséhez.
I. Ötödik generációs félvezető trendek: kvantumanyagok és 2D architektúrák
A lehetséges fejlődési vektorok a következők:
1. Topológiai szigetelők: A felületi vezetés tömbi szigeteléssel lehetővé teszi a nulla veszteségű elektronikát.
2. 2D anyagok: A grafén/MoS₂ THz-es frekvenciaválaszt és rugalmas elektronikai kompatibilitást kínál.
3. Kvantumpontok és fotonikus kristályok: A tiltott sávú tervezés lehetővé teszi az optoelektronikai-termikus integrációt.
4. Bio-félvezetők: DNS/fehérje alapú önszerveződő anyagok hidat képeznek a biológia és az elektronika között.
5. Fő mozgatórugók: MI, agy-számítógép interfészek és szobahőmérsékletű szupravezetési igények.
II. Kína félvezetői lehetőségei: követőből vezetővé
1. Technológiai áttörések
• 3. generáció: 8 hüvelykes SiC-szubsztrátok tömeggyártása; autóipari minőségű SiC MOSFET-ek BYD járművekben
• 4. generáció: 8 hüvelykes Ga₂O₃ epitaxiális áttörések XUPT és CETC46 segítségével
2. Politikai támogatás
• A 14. ötéves terv a 3. generációs félvezetőket helyezi előtérbe
• Tartományi százmilliárd jüanos ipari alapok létrehozása
• Mérföldkövek: A 6-8 hüvelykes GaN eszközök és a Ga₂O₃ tranzisztorok a 2024-es év 10 legfontosabb technológiai fejlesztése között szerepelnek
III. Kihívások és stratégiai megoldások
1. Technikai szűk keresztmetszetek
• Kristálynövekedés: Alacsony hozam nagy átmérőjű gömbök esetén (pl. Ga₂O₃ repedés)
• Megbízhatósági szabványok: Nincsenek bevált protokollok a nagy teljesítményű/nagyfrekvenciás öregedési tesztekhez
2. Ellátási láncbeli hiányosságok
• Berendezések: <20% hazai tartalom SiC kristálytermesztők számára
• Adopció: Az importált komponensek előnyben részesítése a későbbiekben
3. Stratégiai útvonalak
• Ipari és tudományos együttműködés: A „Harmadik Generációs Félvezető Szövetség” mintájára
• Niche fókusz: A kvantumkommunikáció/új energiapiacok előtérbe helyezése
• Tehetségfejlesztés: „Chip Tudomány és Mérnöki Tudomány” akadémiai programok létrehozása
A szilíciumtól a Ga₂O₃-ig a félvezetők evolúciója az emberiség fizikai korlátok feletti diadalát krónikája. Kína lehetősége abban rejlik, hogy elsajátítsa a negyedik generációs anyagokat, miközben úttörő szerepet játszik az ötödik generációs innovációkban. Ahogy Yang Deren akadémikus megjegyezte: „Az igazi innovációhoz járatlan utakat kell kitaposni.” A politika, a tőke és a technológia szinergiája fogja meghatározni Kína félvezetői sorsát.
Az XKH vertikálisan integrált megoldásszolgáltatóként jelent meg, amely fejlett félvezető anyagokra specializálódott több technológiai generáción keresztül. A kristálynövekedés, a precíziós feldolgozás és a funkcionális bevonattechnológiák terén szerzett fő kompetenciáival az XKH nagy teljesítményű szubsztrátokat és epitaxiális ostyákat szállít a legmodernebb alkalmazásokhoz az erősáramú elektronikában, az RF kommunikációban és az optoelektronikai rendszerekben. Gyártási ökoszisztémánk magában foglalja a 4-8 hüvelykes szilícium-karbid és gallium-nitrid ostyák gyártására szolgáló, iparágvezető hibaelhárítási eljárásokat, miközben aktív K+F programokat tart fenn a feltörekvő ultraszéles tiltott sávú anyagok, például a gallium-oxid és a gyémánt félvezetők területén. A vezető kutatóintézetekkel és berendezésgyártókkal folytatott stratégiai együttműködések révén az XKH egy rugalmas gyártási platformot fejlesztett ki, amely képes támogatni mind a szabványosított termékek nagy volumenű gyártását, mind az egyedi anyagmegoldások speciális fejlesztését. Az XKH műszaki szakértelme az olyan kritikus iparági kihívások kezelésére összpontosít, mint például az erősáramú eszközök ostyáinak egyenletességének javítása, az RF alkalmazások hőkezelésének javítása, valamint az új heterostruktúrák fejlesztése a következő generációs fotonikus eszközökhöz. A fejlett anyagtudomány és a precíziós mérnöki képességek ötvözésével az XKH lehetővé teszi az ügyfelek számára, hogy leküzdjék a nagyfrekvenciás, nagy teljesítményű és extrém környezeti alkalmazások teljesítménykorlátait, miközben támogatja a hazai félvezetőipar átállását a nagyobb ellátási lánc függetlenség felé.
Az XKH 12 hüvelykes zafír lapkája és 12 hüvelykes SiC szubsztrátja a következő:
Közzététel ideje: 2025. június 6.