Жартылай өткізгіштер ақпараттық ғасырдың іргетасы болып табылады, әрбір материалдық итерация адамзат технологиясының шекараларын қайта анықтайды. Бірінші буын кремний негізіндегі жартылай өткізгіштерден бастап бүгінгі төртінші буынның ультра кең жолақты материалдарына дейін әрбір эволюциялық секіріс байланыс, энергетика және есептеу саласындағы трансформациялық жетістіктерге әкелді. Қолданыстағы жартылай өткізгіш материалдардың сипаттамалары мен ұрпақтық ауысу логикасын талдау арқылы біз Қытайдың осы бәсекелестік аренадағы стратегиялық жолдарын зерттей отырып, бесінші буын жартылай өткізгіштерінің әлеуетті бағыттарын болжай аламыз.
I. Төрт жартылай өткізгіш буынның сипаттамалары және эволюциялық логикасы
Бірінші буын жартылай өткізгіштері: кремний-германий негізі дәуірі
Сипаттамалары: Кремний (Si) және германий (Ge) сияқты элементтік жартылай өткізгіштер үнемді және жетілген өндірістік процестерді ұсынады, бірақ тар өткізу жолақтарынан (Si: 1,12 эВ; Ge: 0,67 эВ) зардап шегеді, бұл кернеуге төзімділікті және жоғары жиілікті өнімділікті шектейді.
Қолданылуы: Интегралдық схемалар, күн батареялары, төмен вольтты/төмен жиілікті құрылғылар.
Өтпелі қозғалтқыш: Оптоэлектроникадағы жоғары жиілікті/жоғары температуралық өнімділікке деген өсіп келе жатқан сұраныс кремнийдің мүмкіндіктерінен асып түсті.
Екінші буын жартылай өткізгіштері: III-V қосылыс революциясы
Сипаттамалары: Галлий арсениді (GaAs) және индий фосфиді (InP) сияқты III-V қосылыстары кеңірек тыйым салынған аймаққа (GaAs: 1,42 эВ) және радиожиілікті және фотондық қолданбалар үшін жоғары электронды қозғалғыштыққа ие.
Қолданылуы: 5G RF құрылғылары, лазерлік диодтар, спутниктік байланыс.
Қиындықтар: Материалдың тапшылығы (индийдің көптігі: 0,001%), улы элементтер (мышьяк) және өндірістің жоғары құны.
Өтпелі қозғалтқыш: Энергия/қуат қолдану жоғары тежелу кернеуі бар материалдарды талап етті.
Үшінші буын жартылай өткізгіштері: кең өткізу қабілеттілігінің энергия төңкерісі
Сипаттамалары: Кремний карбиді (SiC) және галлий нитриді (GaN) >3 эВ (SiC:3.2 эВ; GaN:3.4 эВ) тыйым салынған аймақты қамтамасыз етеді, бұл жоғары жылу өткізгіштікке және жоғары жиілікті сипаттамаларға ие.
Қолданылуы: электромобильдердің қуат беру жүйелері, фотоэлектрлік инверторлар, 5G инфрақұрылымы.
Артықшылықтары: кремниймен салыстырғанда 50% + энергия үнемдеу және өлшемді 70% кішірейту.
Өтпелі драйвер: Жасанды интеллект/кванттық есептеулер өнімділік көрсеткіштері жоғары материалдарды қажет етеді.
Төртінші буын жартылай өткізгіштері: өте кең жолақты өткізу қабілеттілігінің шекарасы
Сипаттамалары: Галлий оксиді (Ga₂O₃) және алмас (C) 4,8 эВ дейінгі тыйым салынған аймаққа жетеді, бұл өте төмен қосқыш кедергіні кВ класты кернеуге төзімділікпен үйлестіреді.
Қолданылуы: Ультра жоғары вольтты интегралдық микросхемалар, терең ультракүлгін детекторлар, кванттық байланыс.
Жаңа жетістіктер: Ga₂O₃ құрылғылары >8 кВ кернеуге төтеп береді, бұл SiC тиімділігін үш есе арттырады.
Эволюциялық логика: Физикалық шектеулерді жеңу үшін кванттық масштабтағы өнімділік секірістері қажет.
I. Бесінші буын жартылай өткізгіштерінің үрдістері: кванттық материалдар және 2D архитектуралары
Әлеуетті даму векторларына мыналар жатады:
1. Топологиялық оқшаулағыштар: Көлемді оқшаулағышы бар беттік өткізгіштік нөлдік шығынсыз электрониканы қамтамасыз етеді.
2. 2D материалдар: Графен/MoS₂ THz жиілігіне жауап береді және электрониканың икемді үйлесімділігін қамтамасыз етеді.
3. Кванттық нүктелер және фотондық кристалдар: ауытқу аймағындағы инженерия оптоэлектрондық-термиялық интеграцияны мүмкін етеді.
4. Био-жартылай өткізгіштер: ДНҚ/ақуыз негізіндегі өздігінен жиналатын материалдар биология мен электрониканы байланыстырады.
5. Негізгі қозғаушы күштер: жасанды интеллект, ми-компьютер интерфейстері және бөлме температурасындағы асқын өткізгіштікке қойылатын талаптар.
II. Қытайдың жартылай өткізгіштер саласындағы мүмкіндіктері: ізбасардан көшбасшыға дейін
1. Технологиялық жетістіктер
• 3-ші буын: BYD көліктерінде 8 дюймдік SiC негіздерін жаппай өндіру; автомобиль деңгейіндегі SiC MOSFET-тері
• 4-ші буын: XUPT және CETC46 арқылы жасалған 8 дюймдік Ga₂O₃ эпитаксиясындағы жетістіктер
2. Саясатты қолдау
• 14-ші бесжылдық жоспар үшінші буын жартылай өткізгіштеріне басымдық береді
• Провинциялық жүз миллиард юаньдық өнеркәсіптік қорлар құрылды
• 2024 жылғы ең үздік 10 технологиялық жетістіктердің қатарына 6-8 дюймдік GaN құрылғылары мен Ga₂O₃ транзисторлары енгізілген маңызды кезеңдер
III. Қиындықтар және стратегиялық шешімдер
1. Техникалық кедергілер
• Кристаллдың өсуі: үлкен диаметрлі бульдар үшін төмен өнімділік (мысалы, Ga₂O₃ крекинг)
• Сенімділік стандарттары: Жоғары қуатты/жоғары жиілікті қартаю сынақтарына арналған белгіленген хаттамалардың болмауы
2. Жеткізу тізбегіндегі олқылықтар
• Жабдық: SiC кристалдарын өсірушілер үшін <20% отандық құрам
• Қабылдау: Импортталған компоненттерге арналған төменгі бағытқа басымдық беру
3. Стратегиялық жолдар
• Өнеркәсіп-академиялық ынтымақтастық: «Үшінші буын жартылай өткізгіштер одағы» үлгісінде жасалған
• Тауарларға бағдар: кванттық коммуникацияларға/жаңа энергетика нарықтарына басымдық беру
• Таланттарды дамыту: «Чип ғылымы және инженерия» академиялық бағдарламаларын құру
Кремнийден Ga₂O₃-қа дейін жартылай өткізгіштердің эволюциясы адамзаттың физикалық шектеулерді жеңуін баяндайды. Қытайдың мүмкіндігі төртінші буын материалдарын игеруде және бесінші буын инновацияларында көшбасшылық жасауда жатыр. Академик Ян Дерен атап өткендей: «Шынайы инновация жүріп өтілмеген жолдарды салуды талап етеді». Саясаттың, капиталдың және технологияның синергиясы Қытайдың жартылай өткізгіштер тағдырын анықтайды.
XKH бірнеше технологиялық буындардағы озық жартылай өткізгіш материалдарға маманданған тігінен интеграцияланған шешімдер жеткізушісі ретінде пайда болды. Кристалл өсіру, дәл өңдеу және функционалды жабын технологияларын қамтитын негізгі құзыреттері бар XKH энергетикалық электроника, радиожиілік байланыс және оптоэлектрондық жүйелердегі озық қолданбалар үшін жоғары өнімді субстраттар мен эпитаксиалды пластиналарды жеткізеді. Біздің өндірістік экожүйеміз галлий оксиді мен алмас жартылай өткізгіштерін қоса алғанда, жаңадан пайда болып жатқан ультра кең жолақты материалдардағы белсенді ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыс бағдарламаларын сақтай отырып, салалық жетекші ақауларды бақылаумен 4-8 дюймдік кремний карбиді мен галлий нитриді пластиналарын өндіруге арналған меншікті процестерді қамтиды. Жетекші ғылыми-зерттеу институттарымен және жабдық өндірушілерімен стратегиялық ынтымақтастық арқылы XKH стандартталған өнімдердің жоғары көлемді өндірісін де, арнайы материалдық шешімдердің мамандандырылған әзірлемесін де қолдауға қабілетті икемді өндірістік платформаны әзірледі. XKH техникалық сараптамасы энергетикалық құрылғылар үшін пластиналардың біркелкілігін жақсарту, радиожиілік қолданбаларында жылу басқаруын жақсарту және келесі буын фотондық құрылғылар үшін жаңа гетероқұрылымдарды әзірлеу сияқты салалық маңызды мәселелерді шешуге бағытталған. XKH озық материалтануды дәлдік инженерия мүмкіндіктерімен біріктіру арқылы тұтынушыларға жоғары жиілікті, жоғары қуатты және экстремалды орта қолданбаларындағы өнімділік шектеулерін жеңуге мүмкіндік береді, сонымен бірге отандық жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің жеткізу тізбегінің тәуелсіздігін арттыруға көшуін қолдайды.
Төменде XKH-тің 12 дюймдік сапфир пластинасы және 12 дюймдік SiC негізі берілген:
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 6 маусым