Полупроводници служе као камен темељац информационог доба, при чему свака итерација материјала редефинише границе људске технологије. Од полупроводника на бази силицијума прве генерације до данашњих материјала са ултрашироким енергетским процепом четврте генерације, сваки еволутивни скок је покренуо трансформативни напредак у комуникацијама, енергетици и рачунарству. Анализирајући карактеристике и логику генерацијске транзиције постојећих полупроводничких материјала, можемо предвидети потенцијалне правце за полупроводнике пете генерације, док истражујемо стратешке путеве Кине у овој конкурентној арени.
I. Карактеристике и еволутивна логика четири генерације полупроводника
Полупроводници прве генерације: Ера силицијум-германијумских фондација
Карактеристике: Елементарни полупроводници попут силицијума (Si) и германијума (Ge) нуде исплативост и зреле производне процесе, али пате од уских енергетских забрањених зона (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), што ограничава толеранцију напона и перформансе на високим фреквенцијама.
Примене: Интегрисана кола, соларне ћелије, уређаји ниског напона/ниске фреквенције.
Покретач транзиције: Растућа потражња за високофреквентним/високотемпературним перформансама у оптоелектроници надмашила је могућности силицијума.
Полупроводници друге генерације: Револуција III-V једињења
Карактеристике: III-V једињења попут галијум арсенида (GaAs) и индијум фосфида (InP) имају шире енергетске забрањене зоне (GaAs: 1,42 eV) и високу мобилност електрона за РФ и фотонске примене.
Примене: 5G РФ уређаји, ласерске диоде, сателитске комуникације.
Изазови: Несташица материјала (обилност индијума: 0,001%), токсични елементи (арсен) и високи трошкови производње.
Покретач транзиције: Енергетске/енергетске примене захтевале су материјале са вишим пробојним напоном.
Полупроводници треће генерације: Револуција енергије широког енергетског процепа
Карактеристике: Силицијум карбид (SiC) и галијум нитрид (GaN) пружају енергетске забрањене зоне >3eV (SiC: 3,2eV; GaN: 3,4eV), са супериорном топлотном проводљивошћу и високофреквентним карактеристикама.
Примене: погонски склопови за електрична возила, фотонапонски инвертори, 5G инфраструктура.
Предности: Уштеда енергије преко 50% и смањење величине за 70% у односу на силицијум.
Покретач транзиције: Вештачка интелигенција/квантно рачунарство захтева материјале са екстремним метрикама перформанси.
Полупроводници четврте генерације: Ултраширока граница енергетског процепа
Карактеристике: Галијум оксид (Ga₂O₃) и дијамант (C) постижу забрањене зоне до 4,8 eV, комбинујући ултра-низак отпор укљученог стања са толеранцијом напона kV класе.
Примене: Интегрисана кола ултра високог напона, детектори дубоког УВ зрачења, квантна комуникација.
Продори: Уређаји са Ga₂O₃ издржавају >8kV, утростручујући ефикасност SiC-а.
Еволуциона логика: Потребни су скокови у перформансама квантних размера да би се превазишла физичка ограничења.
I. Трендови полупроводника пете генерације: квантни материјали и 2Д архитектуре
Потенцијални вектори развоја укључују:
1. Тополошки изолатори: Површинска проводљивост са изолацијом у маси омогућава електронику без губитака.
2. 2Д материјали: Графен/MoS₂ нуде THz-фреквентни одзив и флексибилну компатибилност са електроником.
3. Квантне тачке и фотонски кристали: Инжењеринг енергетског процепа омогућава оптоелектронско-термичку интеграцију.
4. Био-полупроводници: самоорганишући материјали на бази ДНК/протеина повезују биологију и електронику.
5. Кључни покретачи: вештачка интелигенција, интерфејси између мозга и рачунара и захтеви за суперпроводљивошћу на собној температури.
II. Могућности кинеске полупроводничке индустрије: од следбеника до лидера
1. Технолошки продори
• 3. генерација: Масовна производња 8-инчних SiC подлога; аутомобилски SiC MOSFET-ови у BYD возилима
• 4. генерација: Пробоји у епитаксији Ga₂O₃ од 8 инча од стране XUPT-а и CETC46
2. Подршка политикама
• 14. петогодишњи план даје приоритет полупроводницима треће генерације
• Основани провинцијски индустријски фондови од сто милијарди јуана
• Прекретнице: GaN уређаји од 6-8 инча и Ga₂O₃ транзистори наведени међу 10 највећих технолошких достигнућа у 2024. години
III. Изазови и стратешка решења
1. Техничка уска грла
• Раст кристала: Низак принос за кристале великог пречника (нпр. пуцање Ga₂O₃)
• Стандарди поузданости: Недостатак утврђених протокола за тестове старења при високој снази/високој фреквенцији
2. Недостаци у ланцу снабдевања
• Опрема: <20% домаћег садржаја за произвођаче SiC кристала
• Усвајање: Преференција за увезене компоненте низводно
3. Стратешки путеви
• Сарадња између индустрије и академије: По узору на „Алијансу полупроводника треће генерације“
• Фокус на нишу: Дајте приоритет квантним комуникацијама/новим енергетским тржиштима
• Развој талената: Успоставити академске програме „Наука и инжењерство чипова“
Од силицијума до Ga₂O₃, еволуција полупроводника бележи тријумф човечанства над физичким ограничењима. Кинеска прилика лежи у савладавању материјала четврте генерације, док истовремено буде пионир у иновацијама пете генерације. Као што је академик Јанг Дерен приметио: „Права иновација захтева ковање неистражених стаза.“ Синергија политике, капитала и технологије одредиће судбину Кине у свету полупроводника.
XKH се појавио као вертикално интегрисани добављач решења специјализован за напредне полупроводничке материјале у више технолошких генерација. Са основним компетенцијама које обухватају раст кристала, прецизну обраду и технологије функционалног премазивања, XKH испоручује високоперформансне подлоге и епитаксијалне плочице за најсавременије примене у енергетској електроници, РФ комуникацијама и оптоелектронским системима. Наш производни екосистем обухвата сопствене процесе за производњу плочица силицијум карбида и галијум нитрида од 4-8 инча са водећом контролом дефеката у индустрији, уз одржавање активних истраживачко-развојних програма у новим ултрашироким материјалима са забрањеном зоном, укључујући галијум оксид и дијамантске полупроводнике. Кроз стратешку сарадњу са водећим истраживачким институцијама и произвођачима опреме, XKH је развио флексибилну производну платформу способну да подржи и производњу великих количина стандардизованих производа и специјализовани развој прилагођених материјалних решења. Техничка стручност XKH фокусирана је на решавање критичних индустријских изазова као што су побољшање униформности плочица за енергетске уређаје, побољшање управљања температуром у РФ апликацијама и развој нових хетероструктура за фотонске уређаје следеће генерације. Комбиновањем напредне науке о материјалима са могућностима прецизног инжењерства, XKH омогућава купцима да превазиђу ограничења перформанси у апликацијама високих фреквенција, велике снаге и екстремних услова, истовремено подржавајући прелазак домаће полупроводничке индустрије ка већој независности ланца снабдевања.
Следеће су XKH-ове сафирне плочице од 12 инча и SiC подлоге од 12 инча:
Време објаве: 06. јун 2025.