जैसे-जैसे आईसी ट्रांजिस्टर घनत्व भौतिक सीमा के करीब पहुंचता है, केवल विनिर्माण प्रक्रिया में सुधार करके आईसी प्रदर्शन में सुधार करना कठिन होता जाता है। मूर के बाद के युग में आईसी उद्योग को कैसे विकसित किया जाए, इसके बारे में दुनिया सक्रिय रूप से नई तकनीकों, नए तरीकों और नए रास्तों की तलाश कर रही है। तकनीकी नवाचार को और बढ़ावा देने और मूर के बाद के युग में चीन के एकीकृत सर्किट के औद्योगिक विकास में तेजी लाने के लिए, चाइना सेमीकंडक्टर इंडस्ट्री एसोसिएशन और चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स न्यूज़ ने संयुक्त रूप से रिपोर्ट की एक श्रृंखला शुरू की, जिसका शीर्षक था "शिक्षाविद मूर के बाद प्रौद्योगिकी विकास के बारे में बात करते हैं" एरा", जो मूर के बाद के युग में सेमीकंडक्टर उद्योग के विकास की दिशा पर चर्चा करने के लिए संबंधित क्षेत्रों में शिक्षाविदों का साक्षात्कार लेगा।

वर्तमान में, वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर (जिसे तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर के रूप में भी जाना जाता है) उपकरण और सामग्री उद्योग देश और विदेश में तैनात किए जा रहे हैं। वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर उद्योग ने बाजार का पक्ष क्यों जीता है? आवेदन प्रक्रिया की विशेषताएं, कठिनाइयाँ और कठिनाइयाँ क्या हैं? भविष्य में प्रासंगिक उद्योगों को किस दिशा में विकसित होना चाहिए? हाओ यू ने वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर उद्योग की वर्तमान समस्याओं, विकास कठिनाइयों और भविष्य के विकास की दिशा पर अपने विचार साझा किए।

रिपोर्टर: सबसे पहले, मैं आपसे वाइड बैंड सेमीकंडक्टर का संक्षिप्त परिचय देने के लिए कहना चाहूंगा। इस प्रकार के अर्धचालक की विशेषताएं क्या हैं और उद्योग में इसके अनुप्रयोग क्या हैं?

हाओ यू: वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर की सबसे स्पष्ट विशेषता इसकी वाइड बैंड गैप चौड़ाई है, जो भौतिक गुणों के मामले में इन्सुलेटर के करीब है। इसलिए, गैलियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड इस तरह के वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर सामग्रियों द्वारा दर्शाए जाते हैं, जिनमें उच्च ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र की ताकत, उच्च ऑपरेटिंग तापमान, कम डिवाइस चालन प्रतिरोध, उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व और अन्य फायदे हैं, वर्तमान में वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर मुख्य रूप से तीन क्षेत्रों में हैं एक मजबूत बाजार प्रतिस्पर्धात्मकता हो।

पहला है आरएफ डिवाइस, अर्थात् माइक्रोवेव मिलीमीटर तरंग डिवाइस। गैलियम आर्सेनाइड और सिलिकॉन जैसी अर्धचालक सामग्रियों की तुलना में, माइक्रोवेव मिलीमीटर बैंड में वाइड बैंड गैप अर्धचालक उपकरणों में काफी अधिक कार्यकुशलता और आउटपुट पावर होती है, और आरएफ पावर उपकरणों के लिए उपयुक्त होते हैं। नागरिक उपयोग के लिए आरएफ उपकरणों का उपयोग मुख्य रूप से मोबाइल संचार में किया जाता है, जिसमें भविष्य में 4जी, 5जी और 6जी संचार शामिल हैं। उदाहरण के लिए, चीन में नव स्थापित 4जी और 5जी मोबाइल संचार बेस स्टेशन लगभग सभी गैलियम नाइट्राइड उपकरणों का उपयोग करते हैं। विशेष रूप से, 5G बेस स्टेशन MIMO ट्रांसीवरिंग सिस्टम को अपनाता है। प्रत्येक बेस स्टेशन 64 चैनल प्रसारित और प्राप्त करता है, और इसकी बिजली खपत 4जी बेस स्टेशन की तुलना में तीन गुना से अधिक है। इसके अलावा, बेस स्टेशन का घनत्व 4जी बेस स्टेशन की तुलना में अधिक है, इसलिए उच्च दक्षता वाले गैलियम नाइट्राइड उपकरणों का उपयोग करना लगभग असंभव है। भविष्य में, 6G संचार आवृत्ति अधिक होगी और बेस स्टेशनों की संख्या अधिक प्रमुख होगी।

दूसरा है हाई-पावर पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण। त्वरित चार्जिंग डिवाइस, पावर ट्रांसमिशन और ट्रांसफॉर्मेशन सिस्टम, रेल ट्रांजिट, इलेक्ट्रिक वाहन और चार्जिंग पाइल्स के लिए उच्च शक्ति और उच्च दक्षता वाले पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की आवश्यकता होती है। इसमें कोई संदेह नहीं है कि वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर, विशेष रूप से सिलिकॉन कार्बाइड, गैलियम नाइट्राइड में अन्य सेमीकंडक्टर सामग्रियों की तुलना में अधिक स्पष्ट फायदे हैं।

तीसरा है फोटोइलेक्ट्रिक उपकरण। वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर के विशेष रूप से लघु-तरंग दैर्ध्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में स्पष्ट लाभ हैं। उदाहरण के लिए, नीली रोशनी, अब सभी अर्धचालक प्रकाश व्यवस्था के लिए गैलियम नाइट्राइड का उपयोग करती है। बैंगनी प्रकाश, पराबैंगनी प्रकाश और यहां तक ​​कि पीले प्रकाश में भी, हरी रोशनी का उपयोग सीधे नाइट्राइड अर्धचालक सामग्री के रूप में किया जा सकता है।

बेशक, अन्य अनुप्रयोग क्षेत्र भी हैं, जैसे डिटेक्टर, सेंसर इत्यादि, एप्लिकेशन बहुत व्यापक है।

ध्यान दें: आंकड़ों के अनुसार, 2017 के बाद से वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर उपकरणों के बाजार आकार में बहुत स्पष्ट वृद्धि देखी गई है। आपकी राय में, क्या वाइड-बैंड सेमीकंडक्टर में मूरिश युग के बाद एक विघटनकारी तकनीक होने की क्षमता है, और वे किस हद तक सिलिकॉन का स्थान लेंगे?

हाओ यू: मूर के बाद के युग में, सिलिकॉन एकीकृत सर्किट चिप्स को एकीकरण और बिजली की खपत के मामले में बड़ी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जो हर 18 महीने में मूर के चिप एकीकरण के नियम को धीमा कर देता है। इसलिए, नए समाधान तलाशे जा रहे हैं, जिनमें सिलिकॉन 3डी इंटीग्रेटेड सर्किट और सिस्टम चिप्स के नए समाधान शामिल हैं। सिस्टम चिप्स को मूर के कानून से भी अधिक कहा जाता है, जो नए एप्लिकेशन बाजारों को खोलने के लिए अन्य सामग्रियों या एप्लिकेशन क्षेत्रों के साथ एकीकृत करने के लिए सिलिकॉन एकीकृत सर्किट के निरंतर विस्तार को संदर्भित करता है।

मुझे लगता है कि सिलिकॉन एकीकृत सर्किट अन्य प्रकार के अर्धचालकों के साथ अत्यधिक एकीकृत होते हैं, जैसे कि यौगिक अर्धचालक और सिलिकॉन उपकरण, सिलिकॉन सब्सट्रेट पर बढ़ते यौगिक, जो कि मोलर युग के बाद एक बहुत ही दिलचस्प, बहुत आशाजनक क्षेत्र है। यह भविष्य में वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर उपकरणों और एकीकृत सर्किट के विकास के लिए भी एक महत्वपूर्ण दिशा है।

हालाँकि, वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर सामग्री के लिए सिलिकॉन को प्रतिस्थापित करना असंभव है। 90% से अधिक एकीकृत सर्किट अभी भी सिलिकॉन-आधारित अर्धचालक, साथ ही सौर कोशिकाओं का उपयोग करते हैं, जो मुख्य रूप से सिलिकॉन से बने होते हैं। वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर डिवाइस और इंटीग्रेटेड सर्किट वैश्विक सेमीकंडक्टर बाजार में केवल एक छोटी सी हिस्सेदारी रखते हैं, जो मुख्य रूप से उच्च शक्ति आरएफ डिवाइस, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स डिवाइस और शॉर्ट-वेवलेंथ ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस में उपयोग किए जाते हैं। सिलिकॉन अभी भी प्रमुख अर्धचालक पदार्थ है। क्योंकि सिलिकॉन सामग्री को प्रकाश उत्सर्जित करना और उच्च आवृत्तियों पर आउटपुट पावर में सुधार करना मुश्किल होता है, वाइड-बैंड सेमीकंडक्टर्स के पास स्वतंत्र विकास स्थान और एक विशाल अनुप्रयोग बाजार होता है।

रिपोर्टर: चीन के वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर सामग्रियों और उपकरणों को उद्योग में बढ़ावा देने की प्रक्रिया में अभी भी क्या कठिनाइयाँ मौजूद हैं, इन कठिनाइयों के कारण क्या हैं और उन्हें कैसे हल किया जाए?

हाओ यू: वर्तमान में, चीन का सेमीकंडक्टर उद्योग मुख्य रूप से प्रमुख उपकरणों और सामग्रियों में "अड़चन" समस्या का सामना कर रहा है। हालाँकि, वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर उपकरण के संदर्भ में, हमने वर्तमान में अधिकांश क्षेत्रों में स्थानीयकरण हासिल कर लिया है, सामग्री विकास, उपकरण और सर्किट प्रक्रिया से लेकर परीक्षण पैकेजिंग उपकरण तक, घरेलू मूल रूप से जरूरतों को पूरा कर सकते हैं। केवल लिथोग्राफी अनसुलझी रह गई। वास्तव में, गैलियम नाइट्राइड जैसे वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर के लिए आवश्यक फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया को बहुत उन्नत होने की आवश्यकता नहीं है। 90 नैनोमीटर की फोटोलिथोग्राफी सटीकता पर्याप्त है। प्रासंगिक राष्ट्रीय नीतियों के सहयोग से हम इस तकनीक को हासिल कर सकते हैं। वर्तमान में सफलतापूर्वक विकसित की गई फोटोएनग्रेविंग मशीन को जल्द से जल्द स्थिर बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त करना चाहिए, और हमें अभी भी इस संबंध में प्रयास करने की आवश्यकता है। हम चीजों का औद्योगीकरण अच्छा कर सकते हैं, हमें यह करना ही होगा।

रिपोर्टर: कुछ निर्माताओं का कहना है कि वर्तमान में कई अत्याधुनिक क्षेत्रों में, घरेलू सेमीकंडक्टर डिवाइस उत्पादन आवश्यकताओं (जैसे डिवाइस दक्षता) को पूरा नहीं कर सकता है, क्यों? इन समस्याओं का समाधान कैसे करें?

हाओ यू: उच्च तापीय चालकता और कम हानि वाइड-बैंड अर्धचालकों के अंतर्निहित लाभ हैं। समस्या यह है कि हम उत्पाद विकास में इन लाभों का पूरा उपयोग करने में विफल रहे। उदाहरण के लिए, 4W आउटपुट पावर की 100GHz आवृत्ति पर गैलियम नाइट्राइड, डिवाइस दक्षता 70% से अधिक तक पहुंच सकती है। अन्य सामग्रियों के लिए, 50% तक पहुंचना अच्छा है, उच्च दक्षता सामग्री की प्रकृति से निर्धारित होती है। चाहे गैलियम नाइट्राइड हो या सिलिकॉन कार्बाइड, वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर दक्षता बहुत अधिक है। हालाँकि, उपकरणों के बाद के अनुप्रयोग में, प्रत्येक चरण में सामग्री की कम हानि सुनिश्चित करना बहुत महत्वपूर्ण है।

सिलिकॉन कार्बाइड डिवाइस में, उदाहरण के लिए, पैकेजिंग के उत्पादन के पूरा होने के बाद, डिवाइस की विशेषताओं के अनुसार, वर्तमान बुनियादी हमारी डिवाइस पैकेजिंग में विफल रही और ऐसा करना होगा, फिर भी सिलिकॉन एनकैप्सुलेशन के उच्च शक्ति उपकरणों के मोड को अपनाएं, इस प्रकार वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर की उच्च दक्षता का नुकसान बढ़ गया और कम नुकसान हुआ, इसलिए इनकैप्सुलेशन, बेसिक का कोई प्रभाव नहीं पड़ा। यह सिर्फ एक उदाहरण है, और मुझे लगता है कि प्रौद्योगिकी अपनाने के संदर्भ में और भी बहुत कुछ किया जा सकता है।

रिपोर्टर: यदि वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर तकनीक को और अधिक लोकप्रिय बनाया जाता है, तो क्या यह इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उच्च प्रदर्शन, उच्च तापमान प्रतिरोध और लंबी सेवा जीवन की उच्च-अंत आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है?

हाओ यू: मुझे लगता है कि इसे पूरी तरह से हल किया जा सकता है। क्योंकि वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर में, हमारी डिवाइस विकास तकनीक और संकेतक मूल रूप से अंतरराष्ट्रीय के साथ सिंक्रनाइज़ हैं, और यहां तक ​​कि कुछ संकेतक भी अग्रणी हैं। सवाल यह है कि ये प्रौद्योगिकियां कितनी तेजी से अनुसंधान और विकास से उत्पादन की ओर बढ़ सकती हैं। वर्तमान में, कई घरेलू निर्माता स्वयं अनुसंधान एवं विकास क्षमता नहीं रखते हैं, मूल सिद्धांत लेना है। उदाहरण के लिए, ज़िडियन यूनिवर्सिटी में हमारे वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर नेशनल इंजीनियरिंग रिसर्च सेंटर ने कई उच्च-सूचकांक सामग्री और डिवाइस प्रौद्योगिकियां विकसित की हैं। सबसे पहले, निर्माता उपकरण बनाने में सक्षम थे, लेकिन उस आधार पर नवाचार करना मुश्किल था। हमारा देश मानता है कि उद्यम नवाचार का मुख्य निकाय हैं। यदि उद्यम केवल प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हैं लेकिन नवाचार नहीं करते हैं, तो प्रौद्योगिकी कितनी भी अच्छी क्यों न हो, इसे लगातार उत्पादक शक्तियों में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। वर्तमान में, कई उद्यमों के पास अनुसंधान और विकास में बहुत सीमित निवेश है, और अनुसंधान और विकास में मुख्य निवेश अभी भी राज्य पर निर्भर करता है।

तुलनात्मक रूप से, इंटेल प्रमुख सेमीकंडक्टर कंपनियों के अनुसंधान और विकास पर प्रति वर्ष $10 बिलियन से अधिक खर्च करता है। चीनी उद्यमों को अपनी नवाचार क्षमता में सुधार करना चाहिए और अनुसंधान एवं विकास में निवेश बढ़ाने के तरीके भी खोजने चाहिए।

रिपोर्टर: यह समझा जाता है कि विश्वविद्यालयों और अनुसंधान संस्थानों का मूल्यांकन मुख्य रूप से पत्रों के प्रकाशन से होता है। यह मूल्यांकन प्रणाली विश्वविद्यालयों और उद्योगों के लिए निकट सहयोग करना कठिन बना सकती है। विश्वविद्यालय-उद्यम गठबंधन में स्कूलों और उद्यमों को क्रमशः क्या भूमिका निभानी चाहिए?

हाओ यू: विश्वविद्यालयों और राष्ट्रीय अनुसंधान संस्थानों के अनुसंधान का लक्ष्य विश्व विज्ञान और प्रौद्योगिकी की सीमा होना चाहिए। इस बारे में कोई संदेह नहीं है। विश्वविद्यालयों और अनुसंधान संस्थानों का एक कार्य नियमित चीजों का पता लगाना और लगातार नई चीजों को आगे बढ़ाना है। यह न केवल चीनी विश्वविद्यालयों में, बल्कि दुनिया भर के विश्वविद्यालयों में सच है। इसलिए, मुझे लगता है कि विशेष रूप से अकादमिक सम्मेलनों और अकादमिक पत्रिकाओं में पत्रों के प्रकाशन को महत्व देना सही है। वैज्ञानिकों और वैज्ञानिकों को विज्ञान और प्रौद्योगिकी की सीमाओं का सामना करना चाहिए, और वैज्ञानिकों का मिशन उच्च लक्ष्यों को प्राप्त करना है।

क्या कॉलेजों और विश्वविद्यालयों की वैज्ञानिक अनुसंधान उपलब्धियों को शीघ्रता से वास्तविक उत्पादक शक्तियों में परिवर्तित किया जाना चाहिए? मुझे लगता है कि यह निश्चित रूप से है. लेकिन यह कैसे सुनिश्चित किया जाए कि कॉलेजों और विश्वविद्यालयों के शोध परिणामों को वास्तविक उत्पादकता में बदला जा सके? प्रोफेसरों में सीधे तौर पर कंपनियां चलाने की प्रवृत्ति होती है, जो मुझे लगता है कि संदिग्ध भी है। एक प्रोफेसर के लिए तकनीकी सीमा और मुख्य आर्थिक युद्धक्षेत्र दोनों का सामना करने में सक्षम होना बहुत मुश्किल है।

तो विरोधाभासों के इस समूह को कैसे हल किया जाए? मेरी राय में, उद्यम की अपनी अनुसंधान और विकास क्षमताओं को बेहतर बनाने के लिए उद्योग, विश्वविद्यालय और अनुसंधान के संयोजन पर भरोसा करना समस्या को हल करने की कुंजी है। इसलिए, उद्यम को नवाचार के मुख्य निकाय के रूप में कैसे साकार किया जाए, यह कुछ ऐसा है जिसके लिए हमें ठोस प्रयास करना चाहिए।

रिपोर्टर: कुछ बड़ी अंतरराष्ट्रीय कंपनियां, जैसे कि क्लेरी और इन्फिनियन, ने मूल रूप से सब्सट्रेट, डिवाइस से लेकर एप्लिकेशन तक, अपनी प्रौद्योगिकियों के साथ पूरी उद्योग श्रृंखला को कवर किया है। यदि घरेलू उद्यम ऐसे उद्यमों के साथ प्रतिस्पर्धा करते हैं और उच्च-स्तरीय क्षेत्र में प्रतिस्पर्धात्मकता बनाना चाहते हैं, तो उन्हें कैसे करना चाहिए?

हाओ यू: केरुई कंपनी कंपनी की शुरुआत में सिलिकॉन कार्बाइड सेमीकंडक्टर सामग्री में विशेषज्ञता रखती है, पूरी तरह से सामग्री बनाती है। जैसे-जैसे सामग्री बढ़ती गई, इससे उपकरण, ऊर्ध्वाधर उच्च-शक्ति वाली नीली एलईडी और फिर इलेक्ट्रॉनिक्स बनाना शुरू हो गया। Infineon उपकरणों का काम कर रहा है, सामग्री का नहीं। अपने-अपने क्षेत्र में विश्व नेता बनने के बाद ही उन्होंने धीरे-धीरे औद्योगिक श्रृंखला का विकास करना शुरू किया।

इसलिए हमारे उद्यमों के लिए, मेरी सलाह है कि वह करें जो हम अच्छा कर सकते हैं, सर्वोत्तम करें, त्रुटिहीन करें। किसी उद्यम को शुरुआत में ही औद्योगिक श्रृंखला पर विचार नहीं करना चाहिए। इसे एक क्षेत्र चुनना चाहिए, इसे चरम तक करना चाहिए, और फिर अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम का विस्तार करने पर विचार करना चाहिए। शुरुआत में प्रथम श्रेणी की सामग्री और उपकरण हासिल करना असंभव है। तो उद्यम की स्थिति क्या है, यह पहले स्पष्ट होना चाहिए।

रिपोर्टर: गैलियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड ने बड़े पैमाने पर उत्पादन हासिल कर लिया है। वाइड बैंड गैप सेमीकंडक्टर क्षेत्र में, भविष्य में किन सामग्रियों का सामना करना पड़ रहा है?

हाओ यू: मुझे लगता है कि गैलियम ऑक्साइड सबसे संभावित सामग्री है, जिसमें गैलियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड की तुलना में व्यापक बैंड गैप है, जो 4.6 ~ 4.8 इलेक्ट्रॉन वोल्ट तक पहुंचता है। हमारे वर्तमान शोध से पता चलता है कि ऐसी सामग्रियां आशाजनक हैं।

अगले दशक में, गैलियम ऑक्साइड उपकरण प्रतिस्पर्धी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरण बनने की संभावना है जो सीधे सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के साथ प्रतिस्पर्धा करेंगे, जैसे कि सिलिकॉन कार्बाइड और सिलिकॉन पावर उपकरण आज हैं।

गैलियम ऑक्साइड वर्तमान में उपलब्ध नहीं है, जो बाद के शोध की प्रगति पर निर्भर करता है। इसके अलावा, हीरे की सामग्री का बैंड गैप 5.4 इलेक्ट्रॉन वोल्ट है। इस तरह की सामग्री और उपकरण का अनुसंधान आधार चीन में बहुत अच्छा है, लेकिन इस तरह की सामग्री में अभी भी कई तकनीकी कठिनाइयाँ हैं और इसका औद्योगीकरण काफी कठिन है, जो इस पर निर्भर करता है कि अगले 10 में किस तरह की तकनीकी सफलता मिलेगी साल। यह कहना उचित है कि हम अथक परिश्रम कर रहे हैं।

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