第5世代半導体材料の予測と課題
半導体は 情報時代の礎であり その材料の繰り返しは 人間の技術の限界を直接決定しますシリコンベースの半導体の第一世代から 現在の超広帯域材料の第4世代までコミュニケーション,エネルギー,コンピューティングなどの分野での飛躍的な発展を促しています4代目の半導体材料の特性と代々の代替の論理を分析することで半導体の第5世代の可能性を推測し,同時に,この分野における中国の突破路線を調査する.
I. 第4世代半導体材料の特徴と世代代替代の論理
半導体 の 第 一 世代:シリコン と ゲルマニウム の"基礎 時代"
特徴:シリコン (Si) とゲルマニウム (Ge) で表される基本的な半導体は,低コスト,成熟したプロセス,高い信頼性の利点があります.比較的狭い帯域幅 (Si耐電圧の低さや高周波の性能が不十分である.
応用:集積回路 太陽電池 低電圧低周波装置
世代変化の理由:通信や光電子分野における高周波および高温性能に対する需要が急増するにつれて,シリコンベースの材料は徐々に要求に応えなくなっています.
ZMSHのGEO光学Windows&Siウエファー
第二世代半導体:複合半導体の"光電子革命"
特徴:ギャリウムアセン化物 (GaAs) とインディウム・フォスフィード (InP) で表されるIII-Vグループ化合物は,帯域幅が増加している (GaAs: 1.42 eV),電子移動性が高い.高周波および光電変換に適しています.
応用:5G無線周波数装置 ラザー 衛星通信
課題稀有な材料 (インディウム濃度0.001%のみ),高コストの製造,有毒な元素 (アルゼンチンなど) の存在.
世代代替わりの理由:新しいエネルギーと高圧電源機器は,電圧抵抗と効率の要求が高くなり,広帯域材料の出現を促しています.
ZMSHのGaAs・ウェーバーとInP・ウェーバー
第三 世代 の 半導体: 幅広く 帯域 を 持つ"エネルギー 革命"
特徴:シリコンカービード (SiC) とガリウムナイトリド (GaN) をコアとして使用すると,帯隙幅が著しく増加する (SiC: 3.2 eV,GaN: 3.4 eV)高熱伝導性と高周波特性.
応用:新エネルギー自動車の電動駆動システム,太陽光インバーター,5Gベースステーション
利点:シリコンベースのデバイスと比較して エネルギー消費量は50%以上削減され 容量は70%削減されます
世代代替わりの理由:人工知能や量子コンピューティングなどの新興分野は,サポートのために高性能な材料を必要とし,タイムズ紙が要求するように超幅帯隙材料が登場しました.
ZMSHのSiCウエファーとGaNウエファー
第 4 世代 の 半導体:超 幅 帯 の "極端 な 突破"
特徴:ガリウムオキシド (Ga2O3) とダイヤモンド (C) で表される帯隙幅はさらに増加しました (ガリウムオキシド:4.8 eV),超低電阻と超高電圧の両方を特徴としています.巨大なコストの可能性があり.
応用:超高電圧の電源チップ 紫外線探知器 量子通信装置
ブレイクスルーガリウムオキシド装置は8000V以上の電圧に耐えることができ,効率はSiCの3倍です.
世代代替わりの論理:コンピューティング能力とエネルギー効率の グローバルな追求は 物理的な限界に近づき 新しい材料は 量子規模での性能の飛躍を達成する必要があります
ZMSHのGa2O3ウエファー&GANオンダイヤモンド
ii.第五世代半導体の傾向:量子材料と二次元構造の"未来の青写真"
"帯域幅拡大+機能統合"の進化の経路が続く場合,第5世代の半導体は次の方向に焦点を当てることができる:
1) トポロジカル・アイソレーター:表面伝導性と内部隔熱の特性により エネルギーゼロの電子機器を製造するために使用できます伝統的な半導体の熱発生のボトルネックを壊す.
2) 二次元材料:原子レベルの厚さを持つグラフェンとモリブデン・ディスルファイド (MoS2) は超高周波応答と柔軟な電子ポテンシャルを備えています
3) 量子点と光子結晶:量子閉じ込め効果によって帯構造を調節することで,光,電気,熱の多機能統合が達成される.
生物半導体:生物システムと電子回路と互換性のあるDNAやタンパク質に基づく自己組立材料
5) 主要な推進力人工知能や脳コンピュータインターフェースなどの 破壊的な技術への需要半導体の進化を推進し 知的性と生物互換性を向上させています.
中国半導体産業の機会: "追いつく"から"歩み続ける"へ
1) 技術の進歩と産業連鎖の構造
■第3世代の半導体:中国では8インチのSiC基板の大量生産を達成し,自動車級SiC MOSFETはBYDなどの自動車メーカーで成功裏に適用されています.
· 第4世代の半導体:西安郵便通信大学と 中国電子技術グループ企業の46研究機関が 8インチガリウムオキシドの表軸技術に 突破しました世界一流に 参入する.
2) 政策と資本支援
■地方自治体は100億円以上の産業資金を設立しました 地方自治体は100億円以上の産業資金を設立しました
■2024年のトップ10の技術進歩には 6-8インチガリウムナイトライド装置やガリウム酸化トランジスタなどの成果が選ばれました産業連鎖全体で突破的な傾向を示しています.
IV. 課題 と 突破 への 道
1) 技術的なボトルネック
■ 材料の準備大型の単結晶の生殖の産出量は低く (例えば,ガリウム酸化物は裂けやすい),欠陥制御の難易度は高い.
■ 装置の信頼性高周波や高電圧での寿命試験基準はまだ完成していないし,自動車級機器の認証サイクルも長い.
2) 産業連鎖における欠陥
■ 高級機器は輸入に頼る例えば,シリコンカービッド結晶成長炉の国内生産率は20%未満です.
■ 弱いアプリケーションエコシステム:下流企業は輸入部品を好み,国内での代替には政策の指導が必要です.
(3) 戦略的開発
1産業・大学・研究協力:"第3世代半導体同盟"モデルを基に我々は,大学 (例えば,Zhejiang大学 寧波工科大学) と企業と協力して,コア技術に取り組む..
2差別化された競争:新しいエネルギーや量子通信などの成長市場に焦点を当て,伝統的な巨人と直接的な対立を避けましょう.
3才能を育てる海外の優秀な学者を集めて"チップ科学・工学"の学科建設を推進する 特別基金を設立する
シリコンからガリウム酸化物まで 半導体の進化は 物理的限界を突破した 人類の壮大な物語です中国が4世代半導体の機会を掴んで 5代目の材料の将来性を見据えることができれば世界的な技術競争の中で"レーン変更の先駆け"を達成すると期待されています. 学者ヤン・デレンが言ったように",真のイノベーションには未知の道を歩む勇気が必要です." この道を政策,資本,技術の共鳴が 中国の半導体産業の広大な海を決定します
ZMSHは半導体材料部門のサプライヤーとして第1世代のシリコン/ゲルマニウム・ウェーファーから第4世代のガリウム酸化物やダイヤモンド・薄膜まで,サプライチェーン全体に全面的に存在しています.同社は,シリコンカービッド基板やガリウムナイトリドエピタキシャルウエファーなどの3世代半導体部品の大量生産生産量を向上することに焦点を当てています.超幅帯隙材料の結晶製剤の技術備蓄を並行的に前進させながら垂直に統合されたR&D,結晶成長,および処理システムを活用して,ZMSHは5Gベースステーション,新しいエネルギー発電装置,UVレーザーシステムのためのカスタマイズされた材料ソリューションを提供します.6インチガリウムアルセニード・ウェーファーから12インチシリコンカービッド・ウェーファーまで半導体の次世代競争力のための自給自足で制御可能な材料基盤を構築するという中国の戦略目標に積極的に貢献する.
ZMSHの12インチサファイア・ウエファーと12インチシシウエファー
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