Hálfleiðarar eru hornsteinn upplýsingaaldarinnar, þar sem hver efnisútgáfa endurskilgreinir mörk mannlegrar tækni. Frá fyrstu kynslóð kísil-byggðra hálfleiðara til fjórðu kynslóðar nútíma efna með ofurvíðu bandbili, hefur hvert þróunarstökk knúið áfram umbreytandi framfarir í samskiptum, orku og tölvunarfræði. Með því að greina eiginleika og kynslóðaskiptarökfræði núverandi hálfleiðaraefna getum við spáð fyrir um mögulegar áttir fyrir fimmtu kynslóð hálfleiðara og jafnframt kannað stefnumótandi leiðir Kína á þessu samkeppnisvettvangi.
I. Einkenni og þróunarrökfræði fjögurra kynslóða hálfleiðara
Fyrsta kynslóð hálfleiðara: Tímabil kísill-germaníum grunnsins
Einkenni: Einfaldir hálfleiðarar eins og kísill (Si) og germaníum (Ge) bjóða upp á hagkvæmni og þroskuð framleiðsluferli, en þjást samt af þröngum bandgapum (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), sem takmarkar spennuþol og afköst við hátíðni.
Notkun: Samþættar rafrásir, sólarsellur, lágspennu-/lágtíðnitæki.
Umbreytingardrifkraftur: Vaxandi eftirspurn eftir hátíðni/háhitastigi í ljósfræðilegum rafeindabúnaði fór fram úr getu kísils.
Önnur kynslóð hálfleiðara: III-V efnasambandsbyltingin
Einkenni: III-V efnasambönd eins og gallíumarseníð (GaAs) og indíumfosfíð (InP) eru með breiðari bandgap (GaAs: 1,42 eV) og mikla hreyfanleika rafeinda fyrir RF og ljósfræðilega notkun.
Notkun: 5G RF tæki, leysirdíóður, gervihnattasamskipti.
Áskoranir: Skortur á efni (indíummagn: 0,001%), eitruð frumefni (arsen) og hár framleiðslukostnaður.
Umskiptastýring: Orku-/aflnotkun krafðist efna með hærri bilunarspennu.
Þriðja kynslóð hálfleiðara: Orkubylting með breitt bandbil
Einkenni: Kísilkarbíð (SiC) og gallíumnítríð (GaN) skila bandgapum >3eV (SiC:3,2eV; GaN:3,4eV), með framúrskarandi varmaleiðni og hátíðnieiginleikum.
Notkun: Drifrásir rafknúinna ökutækja, inverterar fyrir sólarorku, 5G innviði.
Kostir: 50%+ orkusparnaður og 70% stærðarminnkun samanborið við sílikon.
Drifkraftur umbreytinga: Gervigreind/skammtaútreikningar krefjast efna með miklum afköstum.
Fjórða kynslóð hálfleiðara: Ultra-breið bandbilsmörk
Einkenni: Gallíumoxíð (Ga₂O₃) og demantur (C) ná allt að 4,8 eV bandgapum, sem sameinar afar lágt viðnám við kV spennuþol.
Notkun: Ofurháspennu-IC-ar, djúp-útfjólubláir skynjarar, skammtafræðileg samskipti.
Byltingarkenndar framfarir: Ga₂O₃ tæki þola >8kV, sem þrefaldar skilvirkni SiC.
Þróunarrökfræði: Nauðsynlegt er að auka afköst á skammtafræðilegum skala til að yfirstíga líkamleg takmörk.
I. Þróun fimmtu kynslóðar hálfleiðara: Skammtaefni og tvívíddararkitektúr
Mögulegir þróunarleiðir eru meðal annars:
1. Einangrunarefni á yfirborði: Yfirborðsleiðni með einangrun í lausu gerir kleift að nota rafeindabúnað án taps.
2. Tvívíddarefni: Grafín/MoS₂ bjóða upp á THz-tíðnisvörun og sveigjanlega samhæfni við rafeindabúnað.
3. Skammtapunktar og ljósfræðilegir kristallar: Bandbilsverkfræði gerir kleift að samþætta ljósleiðara og varma.
4. Lífleiðarar: Sjálfsamsetningarefni byggð á DNA/próteinum brúa saman líffræði og rafeindatækni.
5. Lykilþættir: Gervigreind, viðmót heila og tölvu og kröfur um ofurleiðni við stofuhita.
II. Tækifæri í hálfleiðaraiðnaði Kína: Frá fylgjanda til leiðtoga
1. Tæknibyltingar
• Þriðja kynslóð: Fjöldaframleiðsla á 8 tommu SiC undirlögum; SiC MOSFET rafrásir í bílaiðnaði í BYD ökutækjum
• 4. kynslóð: Byltingarkenndar uppgötvanir í 8 tommu Ga₂O₃ epitaxískum efnum með XUPT og CETC46
2. Stuðningur við stefnumótun
• 14. fimm ára áætlunin forgangsraðar þriðju kynslóðar hálfleiðurum
• Iðnaðarsjóðir héraðsins að fjárhæð hundrað milljarða júana stofnaðir
• Áfangar 6-8 tommu GaN tæki og Ga₂O₃ smárar á meðal 10 helstu tækniframfara árið 2024
III. Áskoranir og stefnumótandi lausnir
1. Tæknilegir flöskuhálsar
• Kristallavöxtur: Lítil uppskera fyrir stórar kúlur (t.d. Ga₂O₃ sprungur)
• Áreiðanleikastaðlar: Skortur á viðurkenndum aðferðum fyrir öldrunarprófanir með miklum afli/hátíðni
2. Bil í framboðskeðjunni
• Búnaður: <20% innlent innihald fyrir SiC kristallaræktendur
• Innleiðing: Forgangsröðun fyrir innflutta íhluti
3. Stefnumótandi leiðir
• Samstarf atvinnulífsins og háskólasamfélagsins: Byggt á fyrirmynd „Þriðju kynslóðar hálfleiðarabandalagsins“
• Sérhæfð áhersla: Forgangsraða skammtafræðilegum samskiptum/nýjum orkumörkuðum
• Hæfileikaþróun: Koma á fót námsbrautum í „flísavísindum og verkfræði“
Frá kísil til Ga₂O₃ lýsir þróun hálfleiðara sigri mannkynsins yfir líkamlegum takmörkunum. Tækifæri Kína felst í að ná tökum á fjórðu kynslóð efniviði og vera brautryðjandi í nýjungum fimmtu kynslóðar. Eins og fræðimaðurinn Yang Deren benti á: „Sönn nýsköpun krefst þess að feta ótroðnar slóðir.“ Samvirkni stefnu, fjármagns og tækni mun ákvarða örlög hálfleiðara Kína.
XKH hefur komið fram sem lóðrétt samþættur lausnafyrirtæki sem sérhæfir sig í háþróuðum hálfleiðaraefnum yfir margar tæknikynslóðir. Með kjarnaþekkingu sem spannar kristalvöxt, nákvæma vinnslu og virknihúðunartækni, býður XKH upp á afkastamikla undirlag og epitaxial skífur fyrir nýjustu notkun í aflrafmagnsrafeindatækni, RF samskiptum og ljósfræðilegum kerfum. Framleiðslukerfi okkar nær yfir sérhæfð ferli til að framleiða 4-8 tommu kísilkarbíð og gallíumnítríð skífur með leiðandi gallastjórnun í greininni, en heldur áfram virkum rannsóknar- og þróunarverkefnum í nýjum efnum með mjög breitt bandgap, þar á meðal gallíumoxíð og demant hálfleiðurum. Með stefnumótandi samstarfi við leiðandi rannsóknarstofnanir og búnaðarframleiðendur hefur XKH þróað sveigjanlegan framleiðsluvettvang sem getur stutt bæði framleiðslu á stöðluðum vörum í miklu magni og sérhæfða þróun sérsniðinna efnislausna. Tæknileg þekking XKH beinist að því að takast á við mikilvægar áskoranir í greininni, svo sem að bæta einsleitni skífa fyrir aflgjafatæki, efla hitastjórnun í RF forritum og þróa nýjar heterobyggingar fyrir næstu kynslóð ljósfræðilegra tækja. Með því að sameina háþróaða efnisfræði og nákvæmniverkfræðigetu gerir XKH viðskiptavinum kleift að sigrast á afköstum í hátíðni-, háafls- og öfgafullum umhverfisforritum, en styður jafnframt við umskipti innlendra hálfleiðaraiðnaðar í átt að meira sjálfstæði í framboðskeðjunni.
Eftirfarandi eru 12 tommu safírskífur og 12 tommu SiC undirlag frá XKH:
Birtingartími: 6. júní 2025