Полупроводниците служат како камен-темелник на информациската ера, при што секоја итерација на материјалот ги редефинира границите на човечката технологија. Од полупроводниците од прва генерација базирани на силициум до денешните материјали од четврта генерација со ултраширок енергетски јаз, секој еволутивен скок доведе до трансформативни напредоци во комуникациите, енергетиката и компјутерството. Со анализа на карактеристиките и логиката на генерациска транзиција на постојните полупроводнички материјали, можеме да ги предвидиме потенцијалните насоки за полупроводниците од петта генерација, додека ги истражуваме стратешките патеки на Кина во оваа конкурентна арена.
I. Карактеристики и еволутивна логика на четири генерации полупроводници
Полупроводници од прва генерација: Ерата на силициум-германиумската основа
Карактеристики: Елементарните полупроводници како силициум (Si) и германиум (Ge) нудат економичност и зрели производствени процеси, но страдаат од тесни енергетски јазови (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), ограничувајќи ја толеранцијата на напонот и перформансите на високи фреквенции.
Примени: Интегрирани кола, соларни ќелии, уреди со низок напон/ниска фреквенција.
Двигател на транзицијата: Растечката побарувачка за перформанси на висока фреквенција/висока температура во оптоелектрониката ги надмина можностите на силиконот.
Полупроводници од втора генерација: Револуцијата на сложените елементи III-V
Карактеристики: III-V соединенијата како галиум арсенид (GaAs) и индиум фосфид (InP) се одликуваат со пошироки енергетски јазови (GaAs: 1,42 eV) и висока електронска подвижност за RF и фотонски апликации.
Примени: 5G RF уреди, ласерски диоди, сателитски комуникации.
Предизвици: Недостаток на материјали (изобилство на индиум: 0,001%), токсични елементи (арсен) и високи трошоци за производство.
Двигател на транзиција: Апликациите за енергија/енергетска моќност бараат материјали со повисоки напони на распаѓање.
Полупроводници од трета генерација: Енергетска револуција со широк енергетски јаз
Карактеристики: Силициум карбидот (SiC) и галиум нитридот (GaN) испорачуваат појасни јазови >3eV (SiC: 3,2eV; GaN: 3,4eV), со супериорна топлинска спроводливост и високофреквентни карактеристики.
Примени: електрични погони, фотоволтаични инвертори, 5G инфраструктура.
Предности: заштеда на енергија од 50%+ и намалување на големината од 70% во споредба со силиконот.
Двигател на транзицијата: Вештачката интелигенција/квантното пресметување бара материјали со екстремни метрики за перформанси.
Полупроводници од четврта генерација: Ултраширока граница на пропусен опсег
Карактеристики: Галиум оксидот (Ga₂O₃) и дијамантот (C) постигнуваат енергетски јазови до 4,8 eV, комбинирајќи ултра низок отпор на вклучување со толеранција на напон од kV класа.
Примени: Ултра-високонапонски интегрирани кола, детектори за длабоко УВ зрачење, квантна комуникација.
Откритија: Уредите со Ga₂O₃ издржуваат напон од >8kV, тројно зголемувајќи ја ефикасноста на SiC.
Еволутивна логика: Потребни се скокови во перформансите на квантна скала за да се надминат физичките ограничувања.
I. Трендови во полупроводниците од петта генерација: Квантни материјали и 2D архитектури
Потенцијалните вектори на развој вклучуваат:
1. Тополошки изолатори: Површинската спроводливост со изолација на масив овозможува електроника со нула загуби.
2. 2D материјали: Графенот/MoS₂ нудат THz-фреквентен одзив и флексибилна електронска компатибилност.
3. Квантни точки и фотонски кристали: Инженерството со енергетски јаз овозможува оптоелектронско-термичка интеграција.
4. Био-полупроводници: Самосклопувачки материјали базирани на ДНК/протеини ја поврзуваат биологијата и електрониката.
5. Клучни двигатели: вештачка интелигенција, интерфејси мозок-компјутер и барања за суперспроводливост на собна температура.
II. Полупроводнички можности во Кина: Од следбеник до лидер
1. Технолошки откритија
• Трета генерација: Масовно производство на 8-инчни SiC подлоги; SiC MOSFET-и за автомобилски потреби во возила на BYD
• 4-та генерација: 8-инчни Ga₂O₃ откритија во епитаксија од XUPT и CETC46
2. Поддршка на политиките
• 14-тиот петгодишен план дава приоритет на полупроводниците од трета генерација
• Основани се покраински индустриски фондови од сто милијарди јуани
• Пресвртници: 6-8-инчни GaN уреди и Ga₂O₃ транзистори наведени меѓу 10-те најдобри технолошки достигнувања во 2024 година
III. Предизвици и стратешки решенија
1. Технички тесни грла
• Растење на кристали: Низок принос за големи дијаметри (на пр., пукање од Ga₂O₃)
• Стандарди за сигурност: Недостаток на воспоставени протоколи за тестови за стареење со висока моќност/висока фреквенција
2. Празнини во синџирот на снабдување
• Опрема: <20% домашна содржина за одгледувачи на SiC кристали
• Усвојување: Преференција за увезени компоненти од страна на понизок технолошки оператор
3. Стратешки патеки
• Соработка меѓу индустријата и академијата: Моделирана според „Алијансата за полупроводници од трета генерација“
• Нишен фокус: Давање приоритет на квантните комуникации/новите енергетски пазари
• Развој на таленти: Воспоставување на академски програми „Наука за чипови и инженерство“
Од силициум до Ga₂O₃, еволуцијата на полупроводниците го бележи триумфот на човештвото над физичките ограничувања. Можноста на Кина лежи во совладувањето на материјалите од четвртата генерација, додека е пионер во иновациите од петтата генерација. Како што забележа академик Јанг Дерен: „Вистинската иновација бара пробивање непроодени патеки“. Синергијата на политиката, капиталот и технологијата ќе ја одреди полупроводничката судбина на Кина.
XKH се појави како вертикално интегриран снабдувач на решенија специјализиран за напредни полупроводнички материјали низ повеќе технолошки генерации. Со основни компетенции што опфаќаат раст на кристали, прецизна обработка и технологии за функционални премази, XKH испорачува високо-перформансни подлоги и епитаксијални плочки за најсовремени апликации во енергетската електроника, RF комуникациите и оптоелектронските системи. Нашиот производствен екосистем опфаќа сопственички процеси за производство на 4-8 инчни силициум карбидни и галиум нитридни плочки со водечка контрола на дефекти во индустријата, додека одржува активни програми за истражување и развој во новите материјали со ултра широк опсег, вклучувајќи галиум оксид и дијамантски полупроводници. Преку стратешки соработки со водечки истражувачки институции и производители на опрема, XKH разви флексибилна производствена платформа способна да поддржи и производство на стандардизирани производи во голем обем и специјализиран развој на прилагодени решенија за материјали. Техничката експертиза на XKH се фокусира на решавање на критични индустриски предизвици како што се подобрување на униформноста на плочките за енергетски уреди, подобрување на термичкото управување во RF апликациите и развој на нови хетероструктури за фотонски уреди од следната генерација. Со комбинирање на напредна наука за материјали со можности за прецизно инженерство, XKH им овозможува на клиентите да ги надминат ограничувањата во перформансите во апликации со висока фреквенција, висока моќност и екстремни средини, истовремено поддржувајќи ја транзицијата на домашната полупроводничка индустрија кон поголема независност во синџирот на снабдување.
Следните се сафирната плочка од 12 инчи и SiC подлогата од 12 инчи на XKH:
Време на објавување: 06.06.2025