Naarmate de dichtheid van de IC-transistors dichter bij de fysieke limiet komt, wordt het steeds moeilijker om de IC-prestaties te verbeteren uitsluitend door het productieproces te verbeteren. Wat betreft de ontwikkeling van het post-Moore-tijdperk van de IC-industrie, is de wereld actief op zoek naar nieuwe technologieën, nieuwe methoden en nieuwe wegen. Om de technologische innovatie verder te bevorderen en de industriële ontwikkeling van China's geïntegreerde schakelingen in het post-Moore-tijdperk te versnellen, lanceerden de China Semiconductor Industry Association en China Electronics News gezamenlijk een reeks rapporten met de titel "Academici praten over technologie-evolutie in het post-Moore-tijdperk". Era", waarin academici op aanverwante gebieden zullen worden geïnterviewd om de ontwikkelingsrichting van de halfgeleiderindustrie in het post-Moore-tijdperk te bespreken.

Momenteel worden halfgeleiderapparaten en materialen met een brede bandafstand (ook bekend als halfgeleiders van de derde generatie) in binnen- en buitenland ingezet. Waarom heeft de halfgeleiderindustrie met een brede bandafstand de gunst van de markt gewonnen? Wat zijn de kenmerken, moeilijkheden en pijnpunten in het sollicitatieproces? Welke richting moeten relevante industrieën zich in de toekomst ontwikkelen? Hao Yue deelde zijn visie op de huidige problemen, ontwikkelingsproblemen en toekomstige ontwikkelingsrichting van de halfgeleiderindustrie met brede bandafstand.

Verslaggever: Allereerst zou ik u willen vragen een korte introductie te geven over de breedbandhalfgeleider. Wat zijn de kenmerken van dit soort halfgeleiders en wat zijn de toepassingen ervan in de industrie?

Hao Yue: Het meest voor de hand liggende kenmerk van halfgeleiders met een brede bandafstand is de brede bandafstand, die qua materiaaleigenschappen dichter bij de isolator ligt. Daarom worden galliumnitride en siliciumcarbide vertegenwoordigd door dit soort halfgeleidermaterialen met een brede bandafstand, met een hoge elektrische veldsterkte, hoge bedrijfstemperatuur, lage geleidingsweerstand van het apparaat, hoge elektronendichtheid en andere voordelen, momenteel halfgeleiders met een brede bandafstand, voornamelijk in drie velden beschikken over een sterke concurrentiepositie op de markt.

De eerste zijn RF-apparaten, namelijk microgolf-millimetergolfapparaten. Vergeleken met halfgeleidermaterialen zoals galliumarsenide en silicium hebben halfgeleiderapparaten met brede bandafstand in microgolf-millimeterband een aanzienlijk hogere werkefficiëntie en uitgangsvermogen, en zijn ze geschikt voor RF-vermogensapparaten. Rf-apparaten voor civiel gebruik worden voornamelijk gebruikt in mobiele communicatie, waaronder in de toekomst 4G-, 5G- en 6G-communicatie. De nieuw geïnstalleerde 4G- en 5G-basisstations voor mobiele communicatie in China maken bijvoorbeeld bijna allemaal gebruik van galliumnitride-apparaten. In het bijzonder maakt HET 5G-basisstation gebruik van het MIMO-transceiversysteem. Elk basisstation zendt en ontvangt 64 kanalen en het stroomverbruik is ruim drie keer zo groot als dat van het 4G-basisstation. Bovendien is de dichtheid van het basisstation hoger dan die van het 4G-basisstation, waardoor het vrijwel onmogelijk is om hoogefficiënte galliumnitride-apparaten te gebruiken. In de toekomst zal de 6G-communicatiefrequentie hoger zijn en zal het aantal basisstations prominenter zijn.

De tweede zijn krachtige elektronische apparaten. Er zijn krachtige en uiterst efficiënte vermogenselektronische apparaten nodig voor snellaadapparatuur, krachtoverbrengings- en transformatiesystemen, spoorvervoer, elektrische voertuigen en oplaadpalen. Ongetwijfeld hebben halfgeleiders met een brede bandafstand, vooral siliciumcarbide en galliumnitride, duidelijkere voordelen dan andere halfgeleidermaterialen.

De derde zijn foto-elektrische apparaten. De halfgeleider met brede bandafstand heeft duidelijke voordelen, vooral in opto-elektronische apparaten met korte golflengte. Blauw licht gebruikt nu bijvoorbeeld galliumnitride voor alle halfgeleiderverlichting. In violet licht, ultraviolet licht en zelfs in geel licht kan groen licht direct worden gebruikt als nitride halfgeleidermaterialen.

Uiteraard zijn er nog meer toepassingsgebieden, zoals detectoren, sensoren enzovoort, de toepassing is zeer breed.

Opmerking: Volgens de gegevens heeft de marktomvang van halfgeleiderapparaten met een brede bandafstand sinds 2017 een zeer duidelijke opwaartse trend laten zien. Hebben breedbandhalfgeleiders volgens u het potentieel om een ​​ontwrichtende technologie te zijn in het post-Moorse tijdperk? en in hoeverre zullen ze silicium vervangen?

Hao Yue: In het post-Moore-tijdperk worden chips met geïntegreerde schakelingen van silicium geconfronteerd met grote uitdagingen op het gebied van integratie en energieverbruik, waardoor Moore's wet van chipintegratie elke 18 maanden wordt vertraagd. Daarom wordt gezocht naar nieuwe oplossingen, waaronder nieuwe oplossingen van silicium 3D-geïntegreerde schakelingen en systeemchips. Systeemchips worden ook wel More than Moore's Law genoemd, wat verwijst naar de voortdurende uitbreiding van geïntegreerde siliciumcircuits om te integreren met andere materialen of toepassingsvelden om nieuwe toepassingsmarkten te openen.

Ik denk dat geïntegreerde siliciumcircuits sterk geïntegreerd zijn met andere soorten halfgeleiders, zoals samengestelde halfgeleiders en siliciumapparaten, waardoor verbindingen op siliciumsubstraten groeien, wat een zeer interessant en veelbelovend veld is in het post-molaire tijdperk. Het is ook een belangrijke richting voor de ontwikkeling van halfgeleiderapparaten met brede bandafstand en geïntegreerde schakelingen in de toekomst.

Het is echter onmogelijk dat halfgeleidermaterialen met een brede bandafstand silicium vervangen. Meer dan 90% van de geïntegreerde schakelingen maakt nog steeds gebruik van op silicium gebaseerde halfgeleiders, evenals zonnecellen, die voornamelijk uit silicium bestaan. Halfgeleiderapparaten met grote bandafstand en geïntegreerde schakelingen nemen slechts een klein aandeel in op de mondiale halfgeleidermarkt en worden voornamelijk gebruikt in hoogvermogen RF-apparaten, vermogenselektronica en opto-elektronische apparaten met korte golflengte. Silicium is nog steeds het dominante halfgeleidermateriaal. Omdat siliciummaterialen moeilijk licht uitstralen en het uitgangsvermogen bij hoge frequenties verbeteren, hebben breedbandhalfgeleiders een onafhankelijke ontwikkelingsruimte en een enorme toepassingsmarkt.

Verslaggever: welke moeilijkheden bestaan ​​er nog steeds bij het promoten van China's halfgeleidermaterialen en -apparaten met een brede bandafstand aan de industrie, wat zijn de redenen voor deze moeilijkheden en hoe kunnen ze worden opgelost?

Hao Yue: Momenteel wordt de Chinese halfgeleiderindustrie geconfronteerd met een knelpunt, vooral op het gebied van belangrijke apparatuur en materialen. In termen van halfgeleiderapparatuur met een brede bandafstand hebben we momenteel echter op de meeste gebieden lokalisatie bereikt, van materiaalgroei, apparaat- en circuitprocessen tot het testen van verpakkingsapparatuur, het huishouden kan in principe aan de behoeften voldoen. Alleen de lithografie bleef onopgelost. In feite hoeft het fotolithografische proces dat nodig is voor een halfgeleider met een grote bandafstand, zoals galliumnitride, niet erg geavanceerd te zijn. Een fotolithografische nauwkeurigheid van 90 nanometer is voldoende. Met de steun van relevant nationaal beleid kunnen we deze technologie verwezenlijken. De fotograveermachine die momenteel met succes is ontwikkeld, zou zo snel mogelijk een stabiele massaproductie moeten realiseren, en we moeten op dit gebied nog steeds inspanningen leveren. We kunnen het goed doen als de dingen industrialiseren, we moeten het doen.

Reporter: sommige fabrikanten zeggen dat de binnenlandse productie van halfgeleiderapparatuur momenteel op veel geavanceerde gebieden niet aan de vereisten kan voldoen (zoals apparaatefficiëntie), waarom? Hoe deze problemen op te lossen?

Hao Yue: Hoge thermische geleidbaarheid en laag verlies zijn inherente voordelen van breedbandhalfgeleiders. Het probleem is dat we deze voordelen bij de productontwikkeling niet ten volle hebben benut. Als u bijvoorbeeld galliumnitride gebruikt met een frequentie van 4 GHz en een uitgangsvermogen van 100 W, kan de efficiëntie van het apparaat meer dan 70% bereiken. Voor andere materialen kan een bereik van 50% goed zijn, een hoog rendement wordt bepaald door de aard van het materiaal. Of het nu gaat om galliumnitride of siliciumcarbide, de halfgeleiderefficiëntie met brede bandafstand is zeer hoog. Bij de daaropvolgende toepassing van apparaten is het echter erg belangrijk om bij elke stap een laag materiaalverlies te garanderen.

In siliciumcarbide-apparaten, bijvoorbeeld, na de voltooiing van de productie van verpakkingen, faalde de huidige basis voor onze apparaatverpakkingen, in overeenstemming met de kenmerken van het apparaat en zou het moeten doen, nog steeds de modus aannemen van apparaten met hoog vermogen van siliciuminkapseling, dus verhoogde het verlies van halfgeleiders met een grote bandafstand, hoge efficiëntie en laag verlies, dus inkapseling, basisch heeft geen effect. Dit is slechts één voorbeeld, en ik denk dat er nog veel meer kan worden gedaan op het gebied van de adoptie van technologie.

Verslaggever: Als de halfgeleidertechnologie met brede bandafstand verder wordt gepopulariseerd, kan deze dan voldoen aan de hoge eisen van hoge prestaties, hoge temperatuurbestendigheid en een lange levensduur van elektronische apparaten?

Hao Yue: Ik denk dat het volledig kan worden opgelost. Omdat in de halfgeleiders met brede bandafstand onze apparaatontwikkelingstechnologie en -indicatoren in principe gesynchroniseerd zijn met de internationale, en zelfs sommige indicatoren leidend zijn. De vraag is hoe snel deze technologieën van onderzoek en ontwikkeling naar productie kunnen gaan. Op dit moment zijn veel binnenlandse fabrikanten zelf geen R & D-vermogen, de basis is om doctrine te nemen. Ons Wide Band Gap Semiconductor National Engineering Research Center aan de Xidian University heeft bijvoorbeeld veel materialen en apparaattechnologieën met een hoge index ontwikkeld. In eerste instantie konden fabrikanten het apparaat wel bouwen, maar op basis daarvan was het lastig om te innoveren. Ons land is van mening dat ondernemingen het belangrijkste orgaan van innovatie zijn. Als bedrijven alleen technologie gebruiken maar niet innoveren, hoe goed de technologie ook is, kan deze niet voortdurend worden omgezet in productieve krachten. Momenteel investeren veel bedrijven zeer beperkt in ONDERZOEK en ontwikkeling, en de belangrijkste investeringen in onderzoek en ontwikkeling zijn nog steeds afhankelijk van de staat.

Ter vergelijking: Intel besteedt ruim 10 miljard dollar per jaar aan onderzoek en ontwikkeling van toonaangevende halfgeleiderbedrijven. Chinese bedrijven moeten hun innovatiecapaciteit verbeteren en ook manieren vinden om de investeringen in onderzoek en ontwikkeling te vergroten.

Verslaggever: Het is duidelijk dat universiteiten en onderzoeksinstituten voornamelijk worden beoordeeld op basis van de publicatie van artikelen. Dit evaluatiesysteem kan het moeilijk maken voor universiteiten en industrieën om nauw samen te werken. Welke rol moeten scholen en ondernemingen respectievelijk spelen in de alliantie tussen universiteiten en ondernemingen?

Hao Yue: Het onderzoek van universiteiten en nationale onderzoeksinstituten moet zich richten op de grensgebieden van de mondiale wetenschap en technologie. Daar bestaat geen twijfel over. Een van de taken van universiteiten en onderzoeksinstituten is het verkennen van reguliere dingen en het voortdurend nastreven van nieuwe dingen. Dit geldt niet alleen voor Chinese universiteiten, maar voor universiteiten over de hele wereld. Daarom denk ik dat het juist is om belang te hechten aan het publiceren van artikelen, vooral op wetenschappelijke conferenties en wetenschappelijke tijdschriften. Wetenschappers en wetenschappers moeten de grenzen van wetenschap en technologie onder ogen zien, en de missie van wetenschappers is het nastreven van hogere doelen.

Moeten de wetenschappelijke onderzoeksresultaten van hogescholen en universiteiten snel worden omgezet in echte productieve krachten? Ik denk dat dat zeker zo is. Maar hoe zorg je ervoor dat de onderzoeksresultaten van hogescholen en universiteiten kunnen worden omgezet in echte productiviteit? Er is een tendens bij professoren om bedrijven rechtstreeks te leiden, wat volgens mij ook twijfelachtig is. Het is erg moeilijk voor een professor om zowel de technologische grens als het belangrijkste economische slagveld het hoofd te kunnen bieden.

Dus hoe deze groep tegenstrijdigheden op te lossen? Naar mijn mening is het vertrouwen op de combinatie van industrie, universiteit en onderzoek om de eigen ONDERZOEK- en ontwikkelingsmogelijkheden van de onderneming te verbeteren de sleutel om het probleem op te lossen. Daarom moeten we gezamenlijke inspanningen leveren om de onderneming als het belangrijkste orgaan van innovatie te realiseren.

Verslaggever: Sommige grote internationale bedrijven, zoals Clarie en Infineon, hebben in principe de hele industriële keten bestreken met hun technologieën, van substraten, apparaten tot toepassingen. Als binnenlandse ondernemingen met dergelijke ondernemingen concurreren en concurrentievermogen willen opbouwen in het hogere segment, hoe moeten ze dat dan doen?

Hao Yue: Kerui bedrijf is gespecialiseerd in siliciumcarbide halfgeleidermaterialen aan het begin van het bedrijf, volledig op het gebied van materialen. Naarmate het materiaal groeide, begon het apparaten te maken, verticale krachtige blauwe leds en vervolgens elektronica. Infineon heeft apparaten gemaakt, geen materialen. Pas nadat ze op hun eigen terrein wereldleiders waren geworden, begonnen ze zich geleidelijk aan langs de industriële keten te ontwikkelen.

Dus voor onze ondernemingen is mijn advies: doen waar we goed in zijn, het beste doen, onberispelijk doen. Een onderneming mag niet vanaf het allereerste begin rekening houden met de industriële keten. Het zou een veld moeten kiezen, het tot het uiterste moeten doen en dan moeten overwegen om stroomopwaarts en stroomafwaarts uit te breiden. Het is in het begin onmogelijk om eersteklas materialen en apparaten te verkrijgen. Dus wat de positionering van de onderneming is, moet eerst duidelijk zijn.

Verslaggever: Galliumnitride en siliciumcarbide hebben massaproductie bereikt. Wat zijn de materialen die de toekomst tegemoet gaan op het gebied van halfgeleiders met een brede bandafstand?

Hao Yue: Ik denk dat galliumoxide het meest waarschijnlijke materiaal is, dat een grotere bandafstand heeft dan galliumnitride en siliciumcarbide, en een spanning van 4.6 ~ 4.8 elektronvolt bereikt. Uit ons huidige onderzoek blijkt dat dergelijke materialen veelbelovend zijn.

In de komende tien jaar zullen galliumoxide-apparaten waarschijnlijk concurrerende vermogenselektronica-apparaten worden die rechtstreeks zullen concurreren met siliciumcarbide-apparaten, net zoals siliciumcarbide en silicium-energieapparaten dat vandaag de dag zijn.

Galliumoxide is momenteel niet beschikbaar, afhankelijk van de voortgang van vervolgonderzoek. Bovendien bedraagt ​​de bandafstand van diamantmateriaal 5.4 elektronvolt. De onderzoeksbasis voor dit soort materiaal en apparaat is erg goed in China, maar er zijn nog steeds veel technische problemen met dit soort materiaal en de industrialisatie ervan is behoorlijk moeilijk, wat afhangt van wat voor soort technologische doorbraak er in de komende tien jaar zal worden gerealiseerd. jaar. Het is eerlijk om te zeggen dat we onvermoeibaar hebben gewerkt.

Disclaimer: dit artikel is een herdruk van "China Electronic News", dit artikel vertegenwoordigt alleen de persoonlijke mening van de auteur, vertegenwoordigt niet de mening van Sakwei en de industrie, alleen om te herdrukken en te delen, ter ondersteuning van de bescherming van intellectuele eigendomsrechten, geef de originele bron en auteur. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.