Apabila ketumpatan transistor IC semakin hampir kepada had fizikal, semakin sukar untuk meningkatkan prestasi IC semata-mata dengan menambah baik proses pembuatan. Mengenai cara membangunkan industri IC pasca Moore, dunia sedang giat mencari teknologi baharu, kaedah baharu dan laluan baharu. Bagi menggalakkan lagi inovasi teknologi dan mempercepatkan pembangunan perindustrian litar bersepadu China pada era pasca Moore, Persatuan Industri Semikonduktor China dan China Electronics News bersama-sama melancarkan satu siri laporan bertajuk "Ahli akademik bercakap tentang Evolusi teknologi dalam Post-Moore. Era", yang akan menemu bual ahli akademik dalam bidang berkaitan untuk membincangkan hala tuju pembangunan industri semikonduktor dalam era pasca Moore.

Pada masa ini, semikonduktor jurang jalur lebar (juga dikenali sebagai semikonduktor generasi ketiga) peranti dan industri bahan sedang digunakan di dalam dan luar negara. Mengapakah industri semikonduktor jurang jalur lebar telah memenangi pasaran? Apakah ciri, kesukaran dan titik kesakitan dalam proses permohonan? Apakah hala tuju industri yang berkaitan harus dibangunkan pada masa hadapan? Hao Yue berkongsi pandangannya tentang masalah semasa, kesukaran pembangunan dan hala tuju pembangunan masa depan industri semikonduktor jurang jalur lebar.

Wartawan: Pertama sekali, saya ingin meminta anda membuat pengenalan ringkas kepada semikonduktor jalur lebar. Apakah ciri-ciri semikonduktor jenis ini dan apakah aplikasinya dalam industri?

Hao Yue: Ciri yang paling jelas bagi semikonduktor jurang jalur lebar ialah lebar jurang jalur lebarnya, yang lebih dekat dengan penebat dari segi sifat bahan. Oleh itu, galium nitrida dan silikon karbida diwakili oleh jenis bahan semikonduktor jurang jalur lebar ini, dengan kekuatan medan elektrik pecahan tinggi, suhu operasi yang tinggi, rintangan pengaliran peranti rendah, ketumpatan elektron tinggi dan kelebihan lain, semikonduktor jurang jalur lebar pada masa ini terutamanya dalam tiga bidang. mempunyai daya saing pasaran yang kukuh.

Yang pertama ialah peranti rf, iaitu peranti gelombang milimeter gelombang mikro. Berbanding dengan bahan semikonduktor seperti galium arsenide dan silikon, peranti semikonduktor jurang jalur lebar dalam jalur milimeter gelombang mikro mempunyai kecekapan kerja dan kuasa output yang jauh lebih tinggi, dan sesuai untuk peranti kuasa rf. Peranti Rf untuk kegunaan awam digunakan terutamanya dalam komunikasi mudah alih, termasuk komunikasi 4G, 5G dan 6G pada masa hadapan. Sebagai contoh, stesen pangkalan komunikasi mudah alih 4G dan 5G yang baru dipasang di China hampir kesemuanya menggunakan peranti galium nitrida. Khususnya, stesen pangkalan THE 5G menggunakan sistem transceivering MIMO. Setiap stesen pangkalan menghantar dan menerima 64 saluran, dan penggunaan kuasanya adalah lebih daripada tiga kali ganda daripada stesen pangkalan 4G. Selain itu, ketumpatan stesen pangkalan lebih tinggi daripada stesen pangkalan 4G, jadi hampir mustahil untuk menggunakan peranti galium nitrida berkecekapan tinggi. Pada masa hadapan, frekuensi komunikasi 6G akan lebih tinggi dan bilangan stesen pangkalan akan lebih menonjol.

Yang kedua ialah peranti elektronik berkuasa tinggi. Peranti elektronik kuasa berkuasa tinggi dan berkecekapan tinggi diperlukan untuk peranti pengecasan pantas, sistem penghantaran dan transformasi kuasa, transit rel, kenderaan elektrik dan cerucuk pengecasan. Tidak syak lagi semikonduktor jurang jalur lebar, terutamanya silikon karbida, galium nitrida mempunyai kelebihan yang lebih jelas daripada bahan semikonduktor lain.

Yang ketiga ialah peranti fotoelektrik. Semikonduktor jurang jalur lebar mempunyai kelebihan yang jelas terutamanya dalam peranti optoelektronik panjang gelombang pendek. Cahaya biru, contohnya, kini menggunakan galium nitrida untuk semua pencahayaan semikonduktor. Dalam cahaya ungu, cahaya ultraungu dan juga dalam cahaya kuning, cahaya hijau boleh terus digunakan sebagai bahan semikonduktor nitrida.

Sudah tentu, terdapat kawasan aplikasi lain, seperti pengesan, sensor dan sebagainya, aplikasinya sangat luas.

Nota: Menurut data, saiz pasaran peranti semikonduktor jurang jalur lebar telah menunjukkan arah aliran menaik yang sangat ketara sejak 2017. Pada pendapat anda, adakah semikonduktor jalur lebar berpotensi menjadi teknologi yang mengganggu pada era pasca Moor, dan sejauh manakah ia akan menggantikan silikon?

Hao Yue: Dalam era pasca Moore, cip litar bersepadu silikon menghadapi cabaran besar dari segi penyepaduan dan penggunaan kuasa, yang memperlahankan undang-undang penyepaduan cip Moore setiap 18 bulan. Oleh itu, penyelesaian baharu dicari, termasuk penyelesaian baharu litar bersepadu 3D silikon dan cip sistem. Cip sistem juga dipanggil More than Moore's Law, yang merujuk kepada pengembangan berterusan litar bersepadu silikon untuk disepadukan dengan bahan lain atau medan aplikasi untuk membuka pasaran aplikasi baharu.

Saya fikir litar bersepadu silikon sangat bersepadu dengan jenis semikonduktor lain, seperti semikonduktor kompaun dan peranti silikon, sebatian yang semakin meningkat pada substrat silikon, yang merupakan bidang yang sangat menarik dan sangat menjanjikan dalam era pasca-Molar. Ia juga merupakan hala tuju penting untuk pembangunan peranti semikonduktor jurang jalur lebar dan litar bersepadu pada masa hadapan.

Walau bagaimanapun, adalah mustahil untuk bahan semikonduktor jurang jalur lebar menggantikan silikon. Lebih daripada 90% litar bersepadu masih menggunakan semikonduktor berasaskan silikon, serta sel solar, yang kebanyakannya diperbuat daripada silikon. Peranti semikonduktor jurang jalur lebar dan litar bersepadu hanya menduduki sebahagian kecil dalam pasaran semikonduktor global, terutamanya digunakan dalam peranti rf kuasa tinggi, peranti elektronik kuasa dan peranti optoelektronik panjang gelombang pendek. Silikon masih merupakan bahan semikonduktor yang dominan. Oleh kerana bahan silikon sukar untuk memancarkan cahaya dan meningkatkan kuasa keluaran pada frekuensi tinggi, semikonduktor jalur lebar mempunyai ruang pembangunan bebas dan pasaran aplikasi yang besar.

Wartawan: apakah kesukaran yang masih wujud dalam proses mempromosikan bahan dan peranti semikonduktor jurang jalur lebar China kepada industri, apakah sebab kesukaran ini dan bagaimana untuk menyelesaikannya?

Hao Yue: Pada masa ini, industri semikonduktor China sedang menghadapi masalah "bottleneck", terutamanya dalam peralatan dan bahan utama. Walau bagaimanapun, dari segi peralatan semikonduktor jurang jalur lebar, kami telah mencapai penyetempatan dalam kebanyakan bidang pada masa ini, daripada pertumbuhan bahan, peranti dan proses litar untuk menguji peralatan pembungkusan, domestik pada asasnya boleh memenuhi keperluan. Hanya litografi yang tidak dapat diselesaikan. Malah, proses fotolitografi yang diperlukan untuk semikonduktor jurang jalur lebar seperti galium nitrida tidak perlu terlalu maju. Ketepatan fotolitografi 90 nanometer adalah mencukupi. Dengan sokongan dasar negara yang berkaitan, kita boleh mencapai teknologi ini. Mesin pengukir foto yang telah berjaya dibangunkan pada masa ini harus mencapai pengeluaran besar-besaran yang stabil secepat mungkin, dan kita masih perlu berusaha dalam hal ini. Kita boleh lakukan dengan baik boleh menjadi perindustrian sesuatu, kita mesti melakukannya.

Wartawan: sesetengah pengeluar mengatakan bahawa pada masa ini dalam banyak bidang canggih, pengeluaran peranti semikonduktor domestik tidak dapat memenuhi keperluan (seperti kecekapan peranti), mengapa? Bagaimana untuk menyelesaikan masalah ini?

Hao Yue: Kekonduksian terma yang tinggi dan kehilangan yang rendah adalah kelebihan sedia ada bagi semikonduktor jalur lebar. Masalahnya ialah kami gagal menggunakan sepenuhnya kelebihan ini dalam pembangunan produk. Sebagai contoh, galium nitrida pada frekuensi 4GHz kuasa keluaran 100W, kecekapan peranti boleh mencapai lebih daripada 70%. Untuk bahan lain, boleh mencapai 50% adalah baik, kecekapan tinggi ditentukan oleh sifat bahan. Sama ada galium nitrida atau silikon karbida, kecekapan semikonduktor jurang jalur lebar adalah sangat tinggi. Walau bagaimanapun, dalam aplikasi peranti seterusnya, adalah sangat penting untuk memastikan kehilangan bahan yang rendah dalam setiap langkah.

Dalam peranti silikon karbida, sebagai contoh, selepas selesai pengeluaran pembungkusan, asas semasa gagal untuk pembungkusan peranti kami, mengikut ciri-ciri peranti dan perlu dilakukan, masih menggunakan mod peranti kuasa tinggi pengkapsulan silikon, dengan itu meningkatkan kehilangan lebar jalur lebar semikonduktor kecekapan tinggi dan kehilangan rendah begitu enkapsulasi, asas tidak mempunyai kesan. Ini hanyalah satu contoh, dan saya fikir terdapat banyak lagi yang boleh dilakukan dari segi penggunaan teknologi.

Wartawan: Jika teknologi semikonduktor jurang jalur lebar dipopularkan lagi, bolehkah ia memenuhi keperluan mewah prestasi tinggi, rintangan suhu tinggi dan hayat perkhidmatan yang panjang bagi peranti elektronik?

Hao Yue: Saya rasa ia boleh diselesaikan sepenuhnya. Kerana dalam semikonduktor jurang jalur lebar, teknologi dan penunjuk pembangunan peranti kami pada asasnya disegerakkan dengan antarabangsa, malah beberapa penunjuk mendahului. Persoalannya ialah seberapa cepat teknologi ini boleh bergerak daripada penyelidikan dan pembangunan kepada pengeluaran. Pada masa ini, banyak pengeluar domestik sendiri tidak keupayaan R & D, asasnya adalah untuk mengambil doktrin. Sebagai contoh, Pusat Penyelidikan Kejuruteraan Kebangsaan Semikonduktor Jurang Jalur Lebar kami di Universiti Xidian telah membangunkan banyak bahan indeks tinggi dan teknologi peranti. Pada mulanya, pengeluar dapat membina peranti itu, tetapi sukar untuk berinovasi atas dasar itu. Negara kita percaya bahawa perusahaan adalah badan utama inovasi. Jika perusahaan hanya menggunakan teknologi tetapi tidak membuat inovasi, tidak kira betapa baiknya teknologi itu, ia tidak boleh terus berubah menjadi daya produktif. Pada masa ini, banyak perusahaan mempunyai pelaburan yang sangat terhad dalam PENYELIDIKAN dan pembangunan, dan pelaburan utama dalam penyelidikan dan pembangunan masih bergantung kepada negeri.

Sebagai perbandingan, Intel membelanjakan lebih daripada $10 bilion setahun untuk penyelidikan dan pembangunan syarikat semikonduktor terkemuka. Perusahaan China harus meningkatkan kapasiti inovasi mereka dan juga mencari jalan untuk meningkatkan pelaburan dalam p&p.

Wartawan: Difahamkan bahawa universiti dan institut penyelidikan dinilai terutamanya melalui penerbitan kertas kerja. Sistem penilaian ini mungkin menyukarkan universiti dan industri untuk bekerjasama rapat. Apakah peranan yang harus dimainkan oleh sekolah dan perusahaan masing-masing dalam pakatan syarikat universiti?

Hao Yue: Penyelidikan universiti dan institut penyelidikan kebangsaan mesti menyasarkan kepada sempadan sains dan teknologi dunia. Tidak ada keraguan tentang itu. Salah satu tugas universiti dan institut penyelidikan adalah untuk meneroka perkara biasa dan sentiasa mengejar perkara baru. Ini benar bukan sahaja di universiti China, tetapi di universiti di seluruh dunia. Oleh itu, saya fikir adalah wajar untuk mementingkan penerbitan kertas kerja, terutamanya dalam persidangan akademik dan jurnal akademik. Para saintis dan saintis harus menghadapi sempadan sains dan teknologi, dan misi saintis adalah untuk mengejar matlamat yang lebih tinggi.

Patutkah pencapaian penyelidikan saintifik kolej dan universiti cepat berubah menjadi daya produktif sebenar? Saya fikir ia sudah tentu. Tetapi bagaimana untuk memastikan bahawa hasil penyelidikan kolej dan universiti boleh diubah menjadi produktiviti sebenar? Terdapat kecenderungan untuk profesor menjalankan syarikat secara langsung, yang saya fikir juga boleh dipersoalkan. Amat sukar bagi seorang profesor untuk dapat menghadapi kedua-dua sempadan teknologi dan medan perang ekonomi utama.

Jadi bagaimana untuk menyelesaikan kumpulan percanggahan ini? Pada pendapat saya, bergantung kepada gabungan industri, universiti dan penyelidikan untuk meningkatkan keupayaan PENYELIDIKAN dan pembangunan perusahaan itu sendiri adalah kunci untuk menyelesaikan masalah. Oleh itu, bagaimana untuk merealisasikan perusahaan sebagai badan utama inovasi, ini adalah sesuatu yang harus kita lakukan secara bersepadu.

Wartawan: Beberapa syarikat antarabangsa yang besar, seperti Clarie dan Infineon, pada asasnya meliputi keseluruhan rantaian industri dengan teknologi mereka, daripada substrat, peranti kepada aplikasi. Jika perusahaan domestik bersaing dengan perusahaan tersebut dan ingin membentuk daya saing dalam bidang mewah, bagaimanakah yang harus mereka lakukan?

Hao Yue: Syarikat Kerui mengkhususkan diri dalam bahan semikonduktor silikon karbida pada permulaan syarikat, sepenuhnya melakukan bahan. Apabila bahan itu berkembang, ia mula membuat peranti, led biru berkuasa tinggi menegak, dan kemudian elektronik. Infineon telah melakukan peranti, bukan bahan. Hanya selepas mereka menjadi pemimpin dunia dalam bidang mereka sendiri, mereka secara beransur-ansur mula berkembang naik dan turun rantaian perindustrian.

Jadi untuk perusahaan kami, nasihat saya ialah melakukan apa yang boleh kami lakukan dengan baik, melakukan yang terbaik, melakukan yang terbaik. Perusahaan tidak seharusnya mempertimbangkan rantaian perindustrian pada awalnya. Ia harus memilih medan, melakukannya secara melampau, dan kemudian mempertimbangkan untuk mengembangkan ke hulu dan ke hilir. Tidak mustahil untuk mencapai bahan dan peranti kelas pertama pada mulanya. Jadi apakah kedudukan perusahaan, harus jelas terlebih dahulu.

Wartawan: Galium nitrida dan silikon karbida telah mencapai pengeluaran besar-besaran. Dalam bidang semikonduktor jurang jalur lebar, apakah bahan yang dihadapi pada masa hadapan?

Hao Yue: Saya rasa galium oksida adalah bahan yang paling mungkin, yang mempunyai jurang jalur yang lebih luas daripada galium nitrida dan silikon karbida, mencapai 4.6~4.8 volt elektron. Penyelidikan semasa kami menunjukkan bahawa bahan tersebut menjanjikan.

Dalam dekad yang akan datang atau lebih, peranti galium oksida berkemungkinan akan menjadi peranti elektronik kuasa yang kompetitif yang akan bersaing secara langsung dengan peranti silikon karbida, sama seperti peranti silikon karbida dan kuasa silikon pada hari ini.

Galium oksida tidak tersedia pada masa ini, bergantung kepada kemajuan penyelidikan seterusnya. Di samping itu, jurang jalur bahan berlian ialah 5.4 volt elektron. Asas penyelidikan bahan dan peranti jenis ini sangat baik di China, tetapi masih terdapat banyak kesukaran teknikal dalam bahan jenis ini dan pengindustriannya agak sukar, yang bergantung pada jenis penemuan teknologi yang akan dibuat dalam 10 akan datang tahun. Adalah adil untuk mengatakan bahawa kami telah bekerja tanpa jemu.

Penafian: Artikel ini dicetak semula daripada "China Electronic News", artikel ini hanya mewakili pandangan peribadi penulis, tidak mewakili pandangan Sakwei dan industri, hanya untuk mencetak semula dan berkongsi, menyokong perlindungan hak harta intelek, sila nyatakan sumber asal dan pengarang, jika terdapat pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadam.