IC 트랜지스터 밀도가 물리적 한계에 가까워짐에 따라 제조 공정 개선만으로는 IC 성능을 향상시키는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다. IC 산업의 포스트 무어 시대를 어떻게 발전시킬 것인가에 관해 세계는 새로운 기술, 새로운 방법, 새로운 길을 적극적으로 찾고 있습니다. 무어 이후 시대에 중국 집적 회로의 기술 혁신을 더욱 촉진하고 산업 발전을 가속화하기 위해 중국 반도체 산업 협회와 중국 전자 뉴스는 공동으로 "학자들이 무어 이후 기술 진화에 대해 이야기합니다"라는 제목의 일련의 보고서를 발표했습니다. Era'에서는 관련 분야 학자들을 인터뷰해 포스트 무어 시대 반도체 산업의 발전 방향을 논의할 예정이다.

현재 광대역갭 반도체(3세대 반도체라고도 함) 소자 및 재료 산업이 국내외에서 전개되고 있습니다. 와이드 밴드 갭 반도체 산업이 시장의 호감을 얻은 이유는 무엇입니까? 지원 과정의 특징과 어려움, 애로사항은 무엇인가요? 앞으로 관련 산업은 어떤 방향으로 발전해야 할까요? Hao Yue는 와이드 밴드 갭 반도체 산업의 현재 문제, 개발 어려움 및 향후 개발 방향에 대한 자신의 견해를 공유했습니다.

기자: 먼저 광대역 반도체에 대해 간략한 소개 부탁드리겠습니다. 이러한 종류의 반도체의 특징은 무엇이며 업계에서의 응용 분야는 무엇입니까?

Hao Yue: 와이드 밴드 갭 반도체의 가장 두드러진 특징은 넓은 밴드 갭 폭인데, 이는 재료 특성 측면에서 절연체에 더 가깝습니다. 따라서 이러한 종류의 넓은 밴드갭 반도체 재료로 대표되는 질화갈륨 및 탄화규소는 높은 항복 전계 강도, 높은 작동 온도, 낮은 장치 전도 저항, 높은 전자 밀도 및 기타 장점을 갖추고 있으며 현재 주로 세 가지 분야에서 넓은 밴드갭 반도체를 사용하고 있습니다. 강력한 시장 경쟁력을 가지고 있습니다.

첫 번째는 rf 장치, 즉 마이크로파 밀리미터파 장치입니다. 갈륨비소, 실리콘 등의 반도체 재료와 비교하여 마이크로파 밀리미터 대역의 넓은 밴드 갭 반도체 장치는 작업 효율과 출력 전력이 상당히 높으며 RF 전력 장치에 적합합니다. 민간용 RF 장치는 향후 4G, 5G, 6G 통신을 포함한 이동통신에 주로 사용된다. 예를 들어 중국에 새로 설치된 4G, 5G 이동통신 기지국은 거의 모두 질화갈륨 소자를 사용하고 있다. 특히 THE 5G 기지국은 MIMO 송수신 시스템을 채택하고 있다. 각 기지국은 64개 채널을 송수신하며, 전력 소모는 4G 기지국의 4배 이상이다. 더욱이 기지국의 밀도가 6G 기지국에 비해 높아 고효율 질화갈륨 소자를 사용하는 것이 거의 불가능하다. 앞으로는 XNUMXG 통신 주파수가 높아지고 기지국 수도 더욱 많아질 것이다.

두 번째는 고전력 전력 전자 장치입니다. 급속 충전 장치, 송변전 시스템, 철도, 전기 자동차, 충전 파일에는 고출력, 고효율 전력 전자 장치가 필요합니다. 의심할 바 없이 넓은 밴드 갭 반도체, 특히 탄화규소, 질화갈륨은 다른 반도체 재료보다 더 분명한 장점을 가지고 있습니다.

세 번째는 광전소자이다. 넓은 밴드 갭 반도체는 특히 단파장 광전자 장치에서 분명한 이점을 가지고 있습니다. 예를 들어, 청색광은 이제 모든 반도체 조명에 질화갈륨을 사용합니다. 보라색 빛, 자외선 빛, 심지어 노란색 빛에서도 녹색 빛은 질화물 반도체 재료로 직접 사용될 수 있습니다.

물론 감지기, 센서 등과 같은 다른 응용 분야도 있으며 응용 분야는 매우 광범위합니다.

참고: 데이터에 따르면 광대역 갭 반도체 장치의 시장 규모는 2017년 이후 매우 분명한 증가 추세를 보였습니다. 귀하의 의견으로는 광대역 반도체가 포스트 무어 시대에 파괴적인 기술이 될 가능성이 있다고 생각하십니까? 실리콘을 어느 정도 대체할 것인가?

Hao Yue: 무어 이후 시대에 실리콘 집적 회로 칩은 통합 및 전력 소비 측면에서 큰 과제에 직면해 있으며, 이로 인해 무어의 칩 통합 법칙이 18개월마다 느려집니다. 따라서 실리콘 3D 집적 회로 및 시스템 칩의 새로운 솔루션을 포함한 새로운 솔루션이 모색되고 있습니다. 시스템 칩은 무어의 법칙(More than Moore's Law)이라고도 불리며, 이는 실리콘 집적 회로가 지속적으로 확장되어 다른 재료나 응용 분야와 통합되어 새로운 응용 시장을 개척한다는 의미입니다.

실리콘 집적 회로는 화합물 반도체, 실리콘 소자 등 다른 유형의 반도체와 고도로 통합되어 실리콘 기판에 화합물을 성장시키는 것으로 생각됩니다. 이는 포스트몰라 시대에 매우 흥미롭고 매우 유망한 분야입니다. 이는 향후 광대역간극 반도체소자 및 집적회로 발전을 위한 중요한 방향이기도 하다.

하지만 밴드갭이 넓은 반도체 소재가 실리콘을 대체하는 것은 불가능하다. 집적회로의 90% 이상이 여전히 실리콘 기반 반도체를 사용하고 있으며, 주로 실리콘으로 만들어진 태양전지도 사용됩니다. 넓은 밴드 갭 반도체 장치 및 집적 회로는 주로 고전력 RF 장치, 전력 전자 장치 및 단파장 광전자 장치에 사용되는 글로벌 반도체 시장에서 작은 점유율을 차지합니다. 실리콘은 여전히 ​​지배적인 반도체 소재이다. 실리콘 소재는 빛을 내기 어렵고 고주파수에서 출력을 향상시키기 어렵기 때문에 광대역 반도체는 독자적인 개발 공간과 거대한 응용 시장을 갖고 있다.

기자: 중국의 넓은 밴드갭 반도체 소재 및 소자를 업계에 홍보하는 과정에서 여전히 어떤 어려움이 존재하며, 이러한 어려움의 이유는 무엇이며 어떻게 해결해야 합니까?

Hao Yue: 현재 중국 반도체 산업은 주로 핵심 장비와 재료 분야에서 '병목 현상' 문제에 직면해 있습니다. 그러나 Wide Band Gap 반도체 장비의 경우 현재 재료 성장, 소자 및 회로 공정, 테스트 패키징 장비 등 대부분의 분야에서 국산화를 달성해 기본적으로 국내 수요를 충족할 수 있습니다. 리소그래피만이 미해결 상태로 남아 있었습니다. 실제로 질화갈륨과 같은 넓은 밴드갭 반도체에 필요한 포토리소그래피 공정은 그다지 고도화될 필요가 없다. 90나노미터의 포토리소그래피 정확도이면 충분합니다. 관련 국가 정책의 지원을 통해 우리는 이 기술을 달성할 수 있습니다. 현재 성공적으로 개발된 사진제판기는 하루빨리 안정적인 대량생산을 달성해야 하며, 이에 대한 노력은 여전히 ​​필요합니다. 우리가 잘하면 사물이 산업화될 수 있으니 꼭 해야만 한다.

기자: 일부 제조업체에서는 현재 많은 최첨단 분야에서 국내 반도체 장치 생산이 요구 사항(예: 장치 효율성)을 충족할 수 없다고 말합니다. 이유는 무엇입니까? 이러한 문제를 해결하는 방법은 무엇입니까?

Hao Yue: 높은 열 전도성과 낮은 손실은 광대역 반도체의 고유한 장점입니다. 문제는 이러한 장점을 제품 개발에 최대한 활용하지 못했다는 점입니다. 예를 들어, 4W 출력 전력의 100GHz 주파수에서 질화 갈륨은 장치 효율이 70% 이상에 도달할 수 있습니다. 다른 재료의 경우 50%에 도달하는 것이 좋으며, 높은 효율은 재료의 특성에 따라 결정됩니다. 질화 갈륨이든 탄화 규소이든 넓은 밴드 갭 반도체 효율은 매우 높습니다. 그러나 후속 장치 적용에서는 각 단계에서 재료 손실을 최소화하는 것이 매우 중요합니다.

예를 들어, 실리콘 카바이드 장치의 경우 패키징 생산이 완료된 후 현재의 기본 장치 패키징에 실패했으며 장치 특성에 따라 해야 하며 여전히 실리콘 캡슐화의 고전력 장치 모드를 채택해야 합니다. 따라서 넓은 밴드갭 반도체의 손실은 증가하고 효율은 높으며 손실은 낮으므로 캡슐화하면 기본 효과가 없습니다. 이는 단지 하나의 예일 뿐이며 기술 채택 측면에서 할 수 있는 일이 훨씬 더 많다고 생각합니다.

기자: 광대역 갭 반도체 기술이 더욱 대중화된다면 전자 장치의 고성능, 고온 저항 및 긴 서비스 수명이라는 고급 요구 사항을 충족할 수 있습니까?

Hao Yue: 완전히 해결될 수 있을 것 같아요. 와이드 밴드갭 반도체 분야에서는 우리의 소자 개발 기술과 지표가 기본적으로 국제 수준과 동기화되어 있고 심지어 일부 지표도 앞서고 있기 때문입니다. 문제는 이러한 기술이 연구 개발에서 생산으로 얼마나 빨리 이동할 수 있느냐는 것입니다. 현재 많은 국내 제조업체 자체는 R&D 능력이 없으며 기본은 교리를 취하는 것입니다. 예를 들어, Xidian University의 Wide Band Gap Semiconductor National Engineering Research Center에서는 많은 고굴절 재료 및 장치 기술을 개발했습니다. 처음에는 제조업체가 장치를 제작할 수 있었지만 이를 기반으로 혁신하는 것은 어려웠습니다. 우리나라는 기업이 혁신의 주체라고 믿습니다. 기업이 기술만 사용하고 혁신을 하지 않으면 아무리 좋은 기술이라도 지속적으로 생산력으로 전환될 수 없습니다. 현재 많은 기업은 연구개발에 대한 투자가 매우 제한적이며 연구개발에 대한 주요 투자는 여전히 국가에 달려 있습니다.

이에 비해 인텔은 선도적인 반도체 회사의 연구 개발에 연간 10억 달러 이상을 지출합니다. 중국 기업은 혁신 역량을 강화하고 R&D 투자를 늘리는 방법도 찾아야 합니다.

기자: 대학이나 연구기관은 주로 논문 발표를 통해 평가를 받는 것으로 이해됩니다. 이런 평가제도는 대학과 산업계의 긴밀한 협력을 어렵게 만들 수도 있다. 산학협력에서 학교와 기업은 각각 어떤 역할을 해야 할까요?

Hao Yue: 대학과 국가 연구 기관의 연구는 세계 과학 기술의 최전선을 목표로 해야 합니다. 그것에 대해서는 의심의 여지가 없습니다. 대학이나 연구소의 임무 중 하나는 평범한 것을 탐구하고, 끊임없이 새로운 것을 추구하는 것입니다. 이는 중국 대학뿐만 아니라 전 세계 대학에서도 마찬가지다. 그러므로 특히 학술회의나 학술지에서의 논문 출판을 중요하게 생각하는 것이 옳다고 생각합니다. 과학자, 과학자는 과학기술의 최전선에 직면해야 하며, 과학자의 사명은 더 높은 목표를 추구하는 것입니다.

대학의 과학 연구 성과가 신속히 실제 생산력으로 전환되어야 하는가? 나는 확실히 그렇다고 생각한다. 하지만 대학의 연구 결과가 실제 생산성으로 전환될 수 있도록 어떻게 보장할 수 있을까요? 교수들이 직접 회사를 운영하는 경향이 있는데, 그것도 의문스럽습니다. 교수가 기술의 최전선과 주요 경제 전쟁터에 직면하는 것은 매우 어렵습니다.

그렇다면 이 모순 그룹을 해결하는 방법은 무엇입니까? 제 생각에는 기업 자체의 연구 및 개발 역량을 향상시키기 위해 산업, 대학, 연구의 결합에 의존하는 것이 문제를 해결하는 열쇠입니다. 따라서 혁신의 주체인 기업을 어떻게 실현할 것인지, 이는 우리가 함께 노력해야 할 문제입니다.

기자: Clarie 및 Infineon과 같은 일부 대형 국제 기업은 기본적으로 기판, 장치에서 애플리케이션에 이르기까지 전체 산업 체인을 기술로 다루었습니다. 국내 기업이 그런 기업과 경쟁하며 하이엔드 분야에서 경쟁력을 형성하고 싶다면 어떻게 해야 할까?

Hao Yue: Kerui 회사는 회사 초기에 실리콘 카바이드 반도체 재료를 전문으로 하여 완전히 재료를 생산했습니다. 재료가 성장함에 따라 장치, 수직형 고출력 청색 LED, 전자 제품을 만들기 시작했습니다. 인피니언은 재료가 아닌 장치를 만들어 왔습니다. 그들은 자신의 분야에서 세계적 리더가 된 후에야 비로소 산업 사슬의 위아래로 점차 발전하기 시작했습니다.

따라서 우리 기업에 대해 제가 조언하는 것은 우리가 잘할 수 있는 일, 최선을 다하는 일, 흠잡을 데 없는 일을 하라는 것입니다. 기업은 처음부터 산업 체인을 고려해서는 안됩니다. 분야를 선택해 최대한 활용한 뒤 상류와 하류의 확장을 고려해야 한다. 처음부터 일류의 재료와 장치를 달성하는 것은 불가능합니다. 그렇다면 기업 포지셔닝은 무엇인지 먼저 명확해야 합니다.

기자: 질화갈륨과 탄화규소는 대량생산을 달성했습니다. Wide Band Gap 반도체 분야에서 미래에 직면할 소재는 무엇인가?

Hao Yue: 저는 산화갈륨이 가장 가능성이 높은 물질이라고 생각합니다. 이는 질화갈륨과 탄화규소보다 밴드 갭이 더 넓어서 4.6~4.8 전자볼트에 이릅니다. 우리의 현재 연구는 그러한 재료가 유망하다는 것을 보여줍니다.

향후 10년 정도 내에 산화갈륨 장치는 오늘날의 탄화규소 및 실리콘 전력 장치와 마찬가지로 탄화규소 장치와 직접 경쟁할 경쟁력 있는 전력 전자 장치가 될 가능성이 높습니다.

산화갈륨은 후속 연구의 진행 상황에 따라 현재로서는 이용할 수 없습니다. 또한, 다이아몬드 소재의 밴드갭은 5.4전자볼트이다. 이러한 종류의 재료 및 장치에 대한 연구 기반은 중국에서 매우 훌륭하지만 이러한 종류의 재료에는 여전히 기술적인 어려움이 많고 산업화도 상당히 어렵습니다. 이는 향후 10년에 어떤 종류의 기술 혁신이 이루어질지에 달려 있습니다. 연령. 우리는 쉬지 않고 일해 왔다고 말하는 것이 공평합니다.

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