Baş Editörün Önsözü

2020 yılında, COVID-19 salgınının küresel pandemisini birlikte yaşadık. Yaklaşık 2 milyon insan sessizce hayatını kaybetti. Hayata saygı, bilime saygı ve salgınla mücadelede birlik olmak uluslararası bir uzlaşma haline geldi. Wuhan'ın karantina altına alınması, Yangtze Nehri'ndeki şiddetli seller, Avustralya'daki orman yangınları, Afrika'daki çekirge istilaları ve Dağlık Karabağ bölgesindeki şiddetli savaşların patlak vermesi zihnimizde canlılığını koruyor. 2020'nin büyük felaketler yılı olduğu söylenebilir; ancak bu kesinlikle hepsi değil. 2020'de ayrıca, 15 Asya-Pasifik ülkesinin RCEP bölgesel serbest ticaret işbirliğini imzalayarak dünya ekonomisinin güvenini artırmasına, SpaceX'in ilk ticari insanlı uzay uçuşunu gerçekleştirmesine ve Chang'e-5 misyonunun tam bir başarıya ulaşmasına tanık olduk. Dünya ekonomisinin ciddi şekilde etkilendiği bir dönemde, Çin pozitif büyüme elde eden tek büyük ekonomi oldu. Ekonomik toparlanmanın motoru olarak yarı iletken endüstrisi de 2020 yılında sorumluluklarını üstlenmeye cesaret etti ve büyük sonuçlar elde etti: 5G yılında, 5nm 5G çipi güçlü bir şekilde piyasaya sürüldü ve Apple, TSMC'nin 5nm işlemcisini kullanarak 11.8 milyar transistör entegre eden A14 Bionic'i piyasaya sürdü. O zamandan beri, Huawei ve Samsung da Kirin 9000 serisini ve Exyons 1080'i piyasaya sürdü. Bulut tabanlı EDA'nın araştırılması ve uygulanması, EDA yazılım tedarikçileri, IC tasarım şirketleri ve dökümhaneler iş birliği yaparak ve teşvik ederek, EDA araç kullanımının ihtiyaçlarına uyum sağlayabilen, büyük ölçekli otomatik akıllı hesaplama gücü planlamasına sahip ve büyük bulut kaynaklarıyla esnek hesaplama gücü desteği sağlayan, çiplerin araştırma ve geliştirme döngüsünü ve verimlilik oranını doğrudan iyileştiren ve çip tasarım maliyetlerini düşüren bir ortam oluşturdu. 3D gelişmiş paketleme teknolojisi istikrarlı bir şekilde gelişerek Moore Yasası'nın darboğazını aştı. Entegrasyon, performans, güç tüketimi vb. açılardan belirgin avantajları var. Samsung bu yıl yeni X-Cube3D paketleme teknolojisinin kullanıma hazır olduğunu duyurdu... Elbette, yarı iletken alanında yükselen bir yıldız olarak, üçüncü nesil yarı iletkenler ve diğer bileşik yarı iletkenler de büyük ilgi çekiyor ve birçok önemli noktaya sahip. Belçikalı yarı iletken şirketi Cissoid'in harika görüşlerine aşağıdan göz atabilirsiniz!

    "Compound Semiconductor" dergisinin Cissoid Çin Genel Müdürü Dr. Luo Ningsheng ile yaptığı özel röportaj.          

Dr. Luo Ningsheng şu anda Belçika merkezli Cissoid şirketinin Çin Genel Müdürüdür. Daha önce, başta Çin ve Asya-Pasifik pazarları ve işleri olmak üzere, bir dizi Avrupa ve Amerika yarı iletken şirketinde yarı iletken pazarı ve iş yönetimi alanlarında çalışmıştır. Bu şirketler arasında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Synaptics (NASDAQ: SYNA), Silicon Data, Birleşik Krallık'taki PicoChip ve Innovative Micro Technology bulunmaktadır. Çin Bilimler Akademisi Şanghay Teknik Fizik Enstitüsü'nden doktora derecesi aldıktan sonra, Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde uzun yıllar misafir araştırmacı olarak malzeme fiziği araştırmaları yapmıştır. Bu araştırmalar arasında Almanya'daki Max Planck Akışkanlar Dinamiği Enstitüsü'nde katı yüzey fiziği araştırmaları ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Louisville Üniversitesi Fizik Bölümü'nde yarı iletken nanomalzeme araştırmaları yer almaktadır.

S: 2021 yaklaşıyor. Yeni yıla girerken, bileşik yarı iletken endüstrisinin gelişimini ve değişimlerini nasıl değerlendiriyorsunuz ve 2020 hakkındaki sonuçlarınız ve görüşleriniz nelerdir? C: Tesla'yı takip ederek, 2020'de BYD'nin Çin'de SiC MOSFET'lerle çalışan elektrikli araçları resmi olarak piyasaya sürmesiyle birlikte, büyük elektrikli araç üreticileri de elektrikli araçlarda SiC uygulamasına daha fazla önem vermeye başladı. OBC, DC-DC ve şarj istasyonları açısından, genellikle nispeten düşük seviyeli SiC MOSFET'ler kullanılabilir; bu da verimliliği artırırken, hacmi ve ağırlığı azaltırken maliyetleri nispeten düşük tutabilir. Motor sürücü uygulamaları için, mümkün olan en yüksek verimliliği ve en düşük ısı kaybını elde etmek amacıyla, yüksek seviyeli SiC MOSFET'ler (yani, iç direnci nispeten küçük olanlar) kullanılma eğilimindedir. Elektrikli araç motorları açısından, sektör genel olarak geleneksel IGBT'lerin SiC MOSFET'lerle değiştirilmesinin, aracın genel enerji verimliliğini %5-10 oranında artırabileceğini, yani aynı batarya paketi koşullarında menzili %5-10 oranında artırabileceğini doğruladı; bu da oldukça cazip bir durum. 2021 yılı, elektrikli araç alanında SiC uygulamalarının patlama yapacağı yıl olacak, çünkü bu yıl yaşanan büyük ölçekli kıtlık bunun bir işareti. Ayrıca, GaN de son zamanlarda çok iyi gelişti ve ana performansı mobil cihazlar için hızlı şarj cihazlarında. Tüketici elektroniği uygulamalarını içerdiğinden, talebi çok büyük olacak, bu nedenle GaN sevkiyatları yakında SiC cihazlarını kat kat aşacak.

S: 5G, yeni enerji araçları, büyük veri, yapay zeka, Nesnelerin İnterneti (IoT) ve diğer teknik alanlardaki hızlı gelişmeler, bileşik yarı iletkenler için birçok fırsat yaratacaktır. Sizce bileşik yarı iletkenler hangi zorluklarla ve fırsatlarla karşı karşıyadır? Geleneksel Si cihazlarının yerini almak isteyen yeni yarı iletken cihazlar olan bileşik yarı iletkenler (SiC ve GaN) için en büyük zorluk, üretim verimliliğinin ve üretim ölçeğinin kontrolünü içeren maliyet kontrolüdür. Sadece verimlilik oranını sürekli iyileştirerek ve üretim ölçeğini genişleterek maliyet kademeli olarak düşürülebilir ve böylece pazarda geniş uygulama alanı kazanılabilir. Zorluklar aynı zamanda fırsatlardır ve bu da çeşitli bileşik yarı iletken üreticilerinin pazar payı kazanmak ve elde etmek için en önemli noktalardan biridir.

S: Silisyum karbür (SiC), özellikle güç elektroniği ve mikrodalga radyo frekans cihazları uygulamalarında büyük gelişim potansiyeline sahip bir malzemedir. Şu anda büyük ilgi görmektedir. Şirketiniz silisyum karbürün pazar gelişimine nasıl bakıyor? Silisyum karbür malzemelerinin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi nasıl teşvik edilir? C:

SiC güç yarı iletken cihazları gibi üçüncü nesil yarı iletkenler daha olgun ve yaygın hale geldikçe, erken aşamada uygulamalarda Si cihazlarının yerini alacaklardır. Ancak daha sonraki aşamada, performans avantajlarından aktif olarak yararlanarak birçok yeni uygulama yaratacaklar, yani daha önce Si cihazlarının erişemediği uygulamalara dahil olacaklardır. Örneğin, SiC'nin doğal yüksek sıcaklık direnci, Cissoid yüksek sıcaklık yarı iletken cihazlarıyla çok iyi bir uyum sağlar; bu da güç sistemi tasarımının modelini büyük ölçüde değiştirecek ve tasarım mühendislerine yeni ve geniş bir genişleme alanı sağlayacaktır. Bu tipik, gelecekteki yüksek sıcaklık, yüksek güç yoğunluklu uygulamalar arasında derinlemesine entegre elektrikli araç güç aktarma sistemleri, çok motorlu ve tamamen elektrikli uçaklar ve hatta elektrikli uçaklar, mobil enerji depolama şarj istasyonları ve güç bankaları ve sıvı soğutmanın ciddi şekilde sınırlı olduğu çeşitli güç uygulamaları yer almaktadır. 

Elektrikli araçların güç aktarma sistemi (motor, elektronik kontrol ve şanzıman) üçü bir arada olma yönünde ilerledi, ancak şu anda sadece yapısal olarak üst üste yığılmış durumda, bu da zayıf bir entegrasyon anlamına geliyor. Yapısal olarak bakıldığında, gelecekte güç aktarma sisteminin derin entegrasyonu kaçınılmaz bir yol olacaktır, çünkü bu hacmi yaklaşık üçte bir, ağırlığı yaklaşık üçte bir ve iç tüketimi yaklaşık üçte bir oranında azaltabilir ve toplam maliyeti 2 ila 4 kat düşürebilir. Bununla birlikte, elektronik kontrol kısmı motorla yakından entegre edilecek ve derin entegrasyon güç yoğunluğunu büyük ölçüde artıracaktır. Yüksek sıcaklık, kaçınılması mümkün olmayan en büyük zorluktur.

Geleneksel uçaklarda, kuyruk dümeni, kanatlar, iniş takımı vb. kontrol eden mekanik hareketler klasik hidrolik aktarıma dayanır. Sıvı haldeki hidrolik yağ, çevresel faktörlerden büyük ölçüde etkilenir ve yüksek bakım maliyetlerine sahiptir. Şu anda, kısmi veya tam elektrifikasyona doğru bir eğilim vardır; bu da çoklu elektrikli ve tamamen elektrikli uçak konseptidir. Uçakta hidrolik yağ devreleri yerine elektrik motorları kullanılarak mekanik çalışma sağlanması, yüksek güvenilirlik, güçlü bakım kolaylığı ve yedekleme tasarımını kolaylaştırır. Bununla birlikte, en büyük ikilem, uçaktaki motorların ve elektronik kontrollerin su soğutma ile donatılmasına izin verilmemesi ve yalnızca zorlamalı hava soğutma ve doğal soğutmaya güvenilebilmesidir. Bu nedenle, çoklu elektrikli veya tamamen elektrikli uçakların, hatta elektrikli uçakların elektronik kontrol tasarımını gerçekleştirmek için öncelikle çözülmesi gereken en büyük teknik sorun yüksek sıcaklıktır. 

Ayrıca, özellikle elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte, yarı mobil enerji depolama şarj istasyonları ve tamamen mobil güç bankaları, belirli senaryolarda sabit şarjdaki boşlukları etkili bir şekilde dolduracaktır. Bununla birlikte, bu tür mobil şarj uygulamaları için su soğutma mekanizması sadece ekstra ağırlık ve hacim yükü getirmekle kalmaz, daha da önemlisi, taşıdığı depolanmış elektrik enerjisini tüketir. Bu nedenle, elektronik kontrol için en iyi yol doğal soğutma olacaktır, ancak elektronik kontrol sisteminin termal yönetim sorunu uygun şekilde ele alınmalıdır.

Yukarıda belirtilen üç tipik yüksek sıcaklık uygulamasına ek olarak, sıvı soğutmanın ciddi şekilde sınırlı olduğu birçok özel endüstriyel uygulamada, elektronik kontrol sistemleri aynı yüksek sıcaklık zorluklarıyla karşılaşacaktır. Yüksek sıcaklık elektrik kontrol teknolojisi, yukarıdaki yüksek sıcaklık uygulamalarının gerçekleştirilmesinin anahtarıdır. Bunun temel uygulama teknolojisi, SiC güç cihazlarının yüksek sıcaklık paketleme teknolojisi ve buna uygun yüksek sıcaklık sürücü devresi teknolojisidir.

SiC malzemeleri ve cihaz yapıları, doğal olarak yüksek sıcaklık direncine sahiptir ve vakum koşullarında 400 ila 600°C sıcaklıklara bile dayanabilirler. Pratik uygulamalarda, havaya maruz kalmanın neden olduğu oksidasyonu önlemek için SiC cihazlarının paketlenmesi gerekir ve yüksek sıcaklıklara dayanmak istiyorlarsa, yüksek sıcaklığa dayanıklı paketler kullanılmalıdır. 150°C bağlantı sıcaklığı şu anda sektördeki en yüksek standarttır. 175°C bağlantı sıcaklığı seviyesi yeni yeni ortaya çıkarılmaya başlanmıştır. Kullanılabilecek yarı standartlaştırılmış paketler mevcuttur. 200°C veya daha yüksek sıcaklıklara sahip paketler, paketleme malzemeleri ve süreçleri konusunda çok katı gereksinimlere sahiptir ve termal iletkenlik ve ısı dağıtım performansı gereksinimlerini sağlamak için çıplak çipin özelliklerine göre özelleştirilmelidir.

SiC güç cihazlarının ve modüllerinin uygulaması, sürücü devreleri ve bunlara karşılık gelen çiplerden ayrı düşünülemez. Ancak, çoğu sürücü devre çipi sıradan silikon cihazlardır ve yüksek sıcaklıklara dayanamazlar. 175°C gibi yüksek sıcaklıklarda 1,000 saat çalışabilmeleri bile nadirdir. Ayrıca, yüksek sıcaklık direnci sorunun sadece bir yönüdür. Daha ciddi olan, yüksek sıcaklıklarda cihaz performansının tutarlılığıdır. Sıradan silikon cihazların performansı 70°C'nin üzerinde çok hızlı bir şekilde zayıflar, bu nedenle yüksek sıcaklıklarda kullanılamazlar. 20 yılı aşkın yenilikçi Ar-Ge ve uygulama testlerinden sonra, Cissoid'in SOI özel silikon cihazları 175°C'lik yüksek sıcaklık direncine ulaşmış ve 15 yıl boyunca kesintisiz çalışabilmektedir. Performans, tüm sıcaklık aralığında mükemmel bir tutarlılığa sahiptir ve SiC yüksek sıcaklık uygulamalarını destekleyen bir temeldir.

S: Çin'in bileşik yarı iletken endüstrisinin uluslararası deneyimlerden nasıl ders çıkarabileceği ve endüstriyel gelişimini nasıl hızlandırabileceği konusundaki görüşlerinizi paylaşır mısınız? C: Çin, bileşik yarı iletken alanında geç başlamış ve yabancı ülkelerin gerisinde kalmış olsa da, bu alan Çin'de hızlı bir gelişme sağlamak için çok uygundur. Bunun üç ana nedeni vardır. Birincisi, bileşik yarı iletkenlerin süreçleri temelde mikron seviyesindedir. Malzemelerden ekipmana kadar, yerli endüstriyel zincir desteğinin tamamı mevcuttur ve ince nano ölçekli üretim ekipmanlarının (özellikle fotolitografi makinelerinin) ithalatına duyulan ihtiyaçtan dolayı ciddi şekilde kısıtlanmayacaklardır. İkincisi, bileşik yarı iletkenlerin cihaz yapısı nispeten basittir ve çok karmaşık üst düzey EDA desteği gerektirmez. Ayrıca, ithalat ihtiyacından kaynaklanan ciddi kısıtlamaları da ortadan kaldırır. Üçüncüsü, Çin'in geniş ve büyük bir uygulama pazarı vardır. Bu nedenle, bileşik yarı iletkenlerin Çin'in genel yarı iletken endüstrisinin iyileştirilmesi için önemli atılımlardan biri olacağı sonucuna varılabilir. Son yıllarda ülke, yarı iletken üretim endüstrisine büyük önem vermiş ve çok yatırım yapmıştır. Düzinelerce yarı iletken üretim tesisi kuruldu, genişletildi veya inşa edildi. Özellikle son zamanlarda, sektördeki bazı kişiler mikroelektronik sistem işlemenin ayrı bir disiplin olarak ele alınması gerektiğini savunuyor. Bu mükemmel bir gelişme. Ancak, yerli yarı iletken üretim tesislerine baktığımızda, hepsinin yeni fabrikaları ve yeni ekipmanları olduğunu ve yatırımların çok büyük olduğunu görüyoruz. En büyük eksiklik ise süreç geliştirme alanında yetenek ve bakım sürecinde yetenek biriktirme sistemidir. Torna, freze ve kaynak gibi geleneksel mekanik işleme alanlarında, mesleğin gelişimini teşvik etmek ve sürdürmek için fayda ve sübvansiyonlarla bağlantılı çok seviyeli bir zanaatkar sistemi bulunmaktadır. Bu kadar önemli bir mikroelektronik sistem işleme endüstrisinin daha kapsamlı bir yetenek eğitim sistemine sahip olması gerekir.