Poluvodiči služe kao temelj informacijskog doba, pri čemu svaka iteracija materijala redefinira granice ljudske tehnologije. Od poluvodiča na bazi silicija prve generacije do današnjih ultraširoko pojasnih materijala četvrte generacije, svaki evolucijski skok potaknuo je transformativne napretke u komunikacijama, energetici i računarstvu. Analizirajući karakteristike i logiku generacijske tranzicije postojećih poluvodičkih materijala, možemo predvidjeti potencijalne smjerove za poluvodiče pete generacije, istovremeno istražujući kineske strateške puteve u ovoj konkurentnoj areni.
I. Karakteristike i evolucijska logika četiriju generacija poluvodiča
Poluvodiči prve generacije: Era silicijsko-germanijevih temelja
Karakteristike: Elementarni poluvodiči poput silicija (Si) i germanija (Ge) nude isplativost i zrele proizvodne procese, ali pate od uskih energetskih procjepa (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), što ograničava toleranciju napona i visokofrekventne performanse.
Primjene: Integrirani krugovi, solarne ćelije, niskonaponski/niskofrekventni uređaji.
Pokretač tranzicije: Rastuća potražnja za visokofrekventnim/visokotemperaturnim performansama u optoelektronici nadmašila je mogućnosti silicija.
Poluvodiči druge generacije: Revolucija III-V spojeva
Karakteristike: III-V spojevi poput galijevog arsenida (GaAs) i indijevog fosfida (InP) imaju šire zabranjene pojaseve (GaAs: 1,42 eV) i visoku pokretljivost elektrona za RF i fotonske primjene.
Primjene: 5G RF uređaji, laserske diode, satelitske komunikacije.
Izazovi: Nedostatak materijala (obilje indija: 0,001%), otrovni elementi (arsen) i visoki troškovi proizvodnje.
Prijelazni pokretač: Energetske/energetske primjene zahtijevale su materijale s višim probojnim naponima.
Poluvodiči treće generacije: Revolucija energije širokog energetskog razmaka
Karakteristike: Silicijev karbid (SiC) i galijev nitrid (GaN) daju zabranjene zone >3eV (SiC: 3,2eV; GaN: 3,4eV), s vrhunskom toplinskom vodljivošću i visokofrekventnim karakteristikama.
Primjene: pogonski sklopovi za električna vozila, fotonaponski pretvarači, 5G infrastruktura.
Prednosti: Ušteda energije 50%+ i smanjenje veličine 70% u odnosu na silicij.
Pokretač tranzicije: Umjetna inteligencija/kvantno računanje zahtijeva materijale s ekstremnim metrikama performansi.
Poluvodiči četvrte generacije: Ultraširoka granica zabranjenog pojasa
Karakteristike: Galijev oksid (Ga₂O₃) i dijamant (C) postižu zabranjene zone do 4,8 eV, kombinirajući ultra niski otpor uključenja s tolerancijom napona kV klase.
Primjene: Integrirani sklopovi ultravisokog napona, detektori dubokog UV zračenja, kvantna komunikacija.
Proboji: Ga₂O₃ uređaji podnose >8kV, utrostručujući učinkovitost SiC-a.
Evolucijska logika: Potrebni su skokovi u performansama na kvantnoj razini kako bi se prevladala fizička ograničenja.
I. Trendovi poluvodiča pete generacije: kvantni materijali i 2D arhitekture
Potencijalni vektori razvoja uključuju:
1. Topološki izolatori: Površinska vodljivost s izolacijom u masi omogućuje elektroniku bez gubitaka.
2. 2D materijali: Grafen/MoS₂ nude THz-frekvencijski odziv i fleksibilnu kompatibilnost s elektronikom.
3. Kvantne točke i fotonski kristali: Inženjering zabranjenog pojasa omogućuje optoelektroničko-termalnu integraciju.
4. Biopoluvodiči: samoorganizirajući materijali na bazi DNK/proteina premošćuju biologiju i elektroniku.
5. Ključni pokretači: umjetna inteligencija, sučelja mozak-računalo i zahtjevi za supravodljivost na sobnoj temperaturi.
II. Prilike kineske industrije poluvodiča: od sljedbenika do vođe
1. Tehnološki proboji
• 3. generacija: Masovna proizvodnja 8-inčnih SiC supstrata; SiC MOSFET-i automobilske kvalitete u BYD vozilima
• 4. generacija: Proboji u epitaksiji Ga₂O₃ od 8 inča od strane XUPT-a i CETC46
2. Podrška politici
• 14. petogodišnji plan daje prioritet poluvodičima 3. generacije
• Osnovani provincijski industrijski fondovi vrijedni sto milijardi juana
• Prekretnice: GaN uređaji od 6-8 inča i Ga₂O₃ tranzistori uvršteni među 10 najvećih tehnoloških dostignuća u 2024. godini
III. Izazovi i strateška rješenja
1. Tehnička uska grla
• Rast kristala: Nizak prinos za kuglice velikog promjera (npr. pucanje Ga₂O₃)
• Standardi pouzdanosti: Nedostatak utvrđenih protokola za testove starenja pri visokim snagama/visokim frekvencijama
2. Nedostaci u lancu opskrbe
• Oprema: <20% domaćeg sadržaja za uzgajivače SiC kristala
• Usvajanje: Preferencija za uvezene komponente nizvodno
3. Strateški putevi
• Suradnja industrije i akademske zajednice: Po uzoru na „Savez poluvodiča treće generacije“
• Fokus na nišu: Dajte prioritet kvantnim komunikacijama/novim energetskim tržištima
• Razvoj talenata: Uspostaviti akademske programe „Znanost i inženjerstvo čipova“
Od silicija do Ga₂O₃, evolucija poluvodiča kronološki bilježi trijumf čovječanstva nad fizičkim ograničenjima. Kineska prilika leži u savladavanju materijala četvrte generacije, istovremeno pionirski napredujući u inovacijama pete generacije. Kao što je akademik Yang Deren primijetio: „Prava inovacija zahtijeva kovanje neutraženih puteva.“ Sinergija politike, kapitala i tehnologije odredit će sudbinu Kine u svijetu poluvodiča.
XKH se etablirao kao vertikalno integrirani pružatelj rješenja specijaliziran za napredne poluvodičke materijale u više tehnoloških generacija. S ključnim kompetencijama koje obuhvaćaju rast kristala, preciznu obradu i tehnologije funkcionalnih premaza, XKH isporučuje visokoučinkovite podloge i epitaksijalne pločice za vrhunske primjene u energetskoj elektronici, RF komunikacijama i optoelektroničkim sustavima. Naš proizvodni ekosustav obuhvaća vlasničke procese za proizvodnju pločica silicij-karbida i galijevog nitrida od 4-8 inča s vodećom kontrolom defekata u industriji, uz održavanje aktivnih programa istraživanja i razvoja u novim materijalima s ultraširoko pojasnim razmakom, uključujući galijev oksid i dijamantne poluvodiče. Kroz stratešku suradnju s vodećim istraživačkim institucijama i proizvođačima opreme, XKH je razvio fleksibilnu proizvodnu platformu sposobnu podržati i proizvodnju velikih količina standardiziranih proizvoda i specijalizirani razvoj prilagođenih materijalnih rješenja. Tehnička stručnost XKH-a usmjerena je na rješavanje kritičnih industrijskih izazova kao što su poboljšanje ujednačenosti pločica za energetske uređaje, poboljšanje upravljanja toplinom u RF primjenama i razvoj novih heterostruktura za fotonske uređaje sljedeće generacije. Kombinirajući naprednu znanost o materijalima s mogućnostima preciznog inženjerstva, XKH omogućuje kupcima da prevladaju ograničenja performansi u visokofrekventnim, energetskim i ekstremnim uvjetima primjene, a istovremeno podržava prijelaz domaće poluvodičke industrije prema većoj neovisnosti u lancu opskrbe.
Sljedeće su XKH-ova 12-inčna safirna pločica i 12-inčna SiC podloga:
Vrijeme objave: 06.06.2025.