Poluprovodnici služe kao temelj informacionog doba, pri čemu svaka iteracija materijala redefinira granice ljudske tehnologije. Od poluprovodnika na bazi silicija prve generacije do današnjih ultraširokopojasnih materijala četvrte generacije, svaki evolucijski skok pokrenuo je transformativni napredak u komunikacijama, energetici i računarstvu. Analizirajući karakteristike i logiku generacijske tranzicije postojećih poluprovodničkih materijala, možemo predvidjeti potencijalne smjerove za poluprovodnike pete generacije, istovremeno istražujući strateške puteve Kine u ovoj konkurentnoj areni.
I. Karakteristike i evolucijska logika četiri generacije poluprovodnika
Poluprovodnici prve generacije: Era silicijum-germanijumskih fondacija
Karakteristike: Elementarni poluprovodnici poput silicija (Si) i germanija (Ge) nude isplativost i zrele proizvodne procese, ali pate od uskih energetskih zabranjenih zona (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), što ograničava toleranciju napona i performanse na visokim frekvencijama.
Primjene: Integrisana kola, solarne ćelije, niskonaponski/niskofrekventni uređaji.
Pokretač tranzicije: Rastuća potražnja za visokofrekventnim/visokotemperaturnim performansama u optoelektronici nadmašila je mogućnosti silicija.
Poluprovodnici druge generacije: Revolucija III-V spojeva
Karakteristike: III-V spojevi poput galijum arsenida (GaAs) i indijum fosfida (InP) imaju šire zabranjene zone (GaAs: 1,42 eV) i visoku pokretljivost elektrona za RF i fotonske primjene.
Primjene: 5G RF uređaji, laserske diode, satelitske komunikacije.
Izazovi: Nedostatak materijala (obilje indija: 0,001%), toksični elementi (arsen) i visoki troškovi proizvodnje.
Pokretač tranzicije: Energetske/električne primjene zahtijevale su materijale s višim probojnim naponima.
Poluprovodnici treće generacije: Revolucija energije širokog energetskog procjepa
Karakteristike: Silicijum karbid (SiC) i galijum nitrid (GaN) pružaju širine zabranjene zone >3eV (SiC: 3,2eV; GaN: 3,4eV), sa superiornom toplotnom provodljivošću i visokofrekventnim karakteristikama.
Primjene: pogonski sklopovi za električna vozila, fotonaponski inverteri, 5G infrastruktura.
Prednosti: Ušteda energije preko 50% i smanjenje veličine za 70% u odnosu na silikon.
Pokretač tranzicije: Vještačka inteligencija/kvantno računarstvo zahtijeva materijale s ekstremnim metrikama performansi.
Poluprovodnici četvrte generacije: Ultraširoka granica zabranjenog pojasa
Karakteristike: Galijum oksid (Ga₂O₃) i dijamant (C) postižu zabranjene zone do 4,8 eV, kombinujući ultra-nisku otpornost uključenja sa tolerancijom napona kV klase.
Primjene: Integrisana kola ultra-visokog napona, detektori dubokog UV zračenja, kvantna komunikacija.
Proboji: Ga₂O₃ uređaji podnose >8kV, utrostručujući efikasnost SiC-a.
Evolucijska logika: Potrebni su skokovi u performansama na kvantnoj skali kako bi se prevazišla fizička ograničenja.
I. Trendovi poluprovodnika pete generacije: Kvantni materijali i 2D arhitekture
Potencijalni vektori razvoja uključuju:
1. Topološki izolatori: Površinska provodljivost sa izolacijom u masi omogućava elektroniku bez gubitaka.
2. 2D materijali: Grafen/MoS₂ nude THz-frekventni odziv i fleksibilnu kompatibilnost s elektronikom.
3. Kvantne tačke i fotonski kristali: Inženjering energetskog procjepa omogućava optoelektronsko-termalnu integraciju.
4. Biopoluprovodnici: Samoorganizujući materijali na bazi DNK/proteina povezuju biologiju i elektroniku.
5. Ključni pokretači: Vještačka inteligencija, interfejsi mozak-računar i zahtjevi za supravodljivost na sobnoj temperaturi.
II. Mogućnosti kineske industrije poluprovodnika: od sljedbenika do lidera
1. Tehnološki proboji
• 3. generacija: Masovna proizvodnja 8-inčnih SiC supstrata; SiC MOSFET-ovi automobilskog kvaliteta u BYD vozilima
• 4. generacija: Proboji u epitaksiji Ga₂O₃ od 8 inča od strane XUPT-a i CETC46
2. Podrška politici
• 14. petogodišnji plan daje prioritet poluprovodnicima treće generacije
• Osnovani provincijski industrijski fondovi od sto milijardi juana
• Prekretnice: GaN uređaji od 6-8 inča i Ga₂O₃ tranzistori uvršteni među 10 najvećih tehnoloških dostignuća u 2024. godini
III. Izazovi i strateška rješenja
1. Tehnička uska grla
• Rast kristala: Nizak prinos za kuglice velikog promjera (npr. pucanje Ga₂O₃)
• Standardi pouzdanosti: Nedostatak utvrđenih protokola za testove starenja pri visokoj snazi/visokoj frekvenciji
2. Praznine u lancu snabdijevanja
• Oprema: <20% domaćeg sadržaja za uzgajivače SiC kristala
• Usvajanje: Preferencija za uvezene komponente nizvodno
3. Strateški putevi
• Saradnja između industrije i akademske zajednice: Po uzoru na „Alijansu poluprovodnika treće generacije“
• Fokus na nišu: Dati prioritet kvantnim komunikacijama/novim energetskim tržištima
• Razvoj talenata: Uspostaviti akademske programe „Nauka i inženjerstvo čipova“
Od silicija do Ga₂O₃, evolucija poluprovodnika hronološki prati trijumf čovječanstva nad fizičkim ograničenjima. Kineska prilika leži u savladavanju materijala četvrte generacije, istovremeno pionirski napredujući u inovacijama pete generacije. Kao što je akademik Yang Deren primijetio: „Prava inovacija zahtijeva kovanje neutraženih puteva.“ Sinergija politike, kapitala i tehnologije odredit će sudbinu Kine u oblasti poluprovodnika.
XKH se etablirao kao vertikalno integrirani pružatelj rješenja specijaliziran za napredne poluvodičke materijale kroz više tehnoloških generacija. S ključnim kompetencijama koje obuhvaćaju rast kristala, preciznu obradu i tehnologije funkcionalnih premaza, XKH isporučuje visokoperformansne supstrate i epitaksijalne pločice za najsavremenije primjene u energetskoj elektronici, RF komunikacijama i optoelektronskim sistemima. Naš proizvodni ekosistem obuhvata vlasničke procese za proizvodnju pločica silicijum-karbida i galij-nitrida od 4-8 inča s vodećom kontrolom defekata u industriji, uz održavanje aktivnih programa istraživanja i razvoja u novim materijalima ultra-širokog energetskog procjepa, uključujući galij-oksid i dijamantske poluprovodnike. Kroz stratešku saradnju s vodećim istraživačkim institucijama i proizvođačima opreme, XKH je razvio fleksibilnu proizvodnu platformu sposobnu podržati i proizvodnju velikih količina standardiziranih proizvoda i specijalizirani razvoj prilagođenih materijalnih rješenja. Tehnička stručnost XKH-a fokusira se na rješavanje kritičnih industrijskih izazova kao što su poboljšanje ujednačenosti pločica za energetske uređaje, poboljšanje upravljanja toplinom u RF primjenama i razvoj novih heterostruktura za fotonske uređaje sljedeće generacije. Kombinujući naprednu nauku o materijalima sa mogućnostima preciznog inženjerstva, XKH omogućava kupcima da prevaziđu ograničenja performansi u visokofrekventnim, energetski snažnim i ekstremnim okruženjima, istovremeno podržavajući prelazak domaće industrije poluprovodnika ka većoj nezavisnosti lanca snabdijevanja.
Sljedeće su XKH-ove 12-inčne safirne pločice i 12-inčne SiC podloge:
Vrijeme objave: 06.06.2025.