5세대 반도체 재료의 예측과 도전
반도체는 정보시대의 초석이며, 그 재료의 반복은 인간의 기술의 경계를 직접적으로 결정합니다.실리콘 기반 반도체 1세대부터 현재 4세대 초대폭 광대간간 물질까지, 혁신의 각 세대는 통신, 에너지, 컴퓨팅과 같은 분야에서 급격한 발전을 이끌었습니다.네 번째 세대의 반도체 재료의 특성과 세대 교체 논리를 분석함으로써, 5세대 반도체의 가능한 방향이 추측되고 동시에 중국이 이 분야에서 돌파구를 탐구합니다.
I. 4세대 반도체 재료의 특성 및 세대 교체의 논리
반도체 의 첫 세대: 실리콘 과 게르마늄 의 "기본 시대"
특징:실리콘 (Si) 과 게르마늄 (Ge) 으로 대표되는 기본 반도체는 저렴한 비용, 성숙한 프로세스 및 높은 신뢰성의 장점이 있습니다.그들은 비교적 좁은 대역 폭 (Si) 으로 제한됩니다.: 1.12 eV, Ge: 0.67 eV) 로 인해 저항 전압이 떨어지고 고주파 성능이 충분하지 않습니다.
응용 프로그램:통합 회로, 태양전지, 저전압 및 저주파 장치
세대교체가 일어나는 이유는통신 및 광 전자 분야에서 고 주파수 및 고 온도 성능에 대한 수요가 증가함에 따라 실리콘 기반 물질은 점차 요구 사항을 충족 할 수 없습니다.
ZMSH의 Ge 광학 윈도우 & Si 웨이퍼
2세대 반도체: 복합 반도체의 "광전자 혁명"
특징:갈륨 아르세나이드 (GaAs) 와 인디엄 포스피드 (InP) 로 대표되는 III-V 그룹 화합물은 대역 간격 폭이 커집니다 (GaAs: 1.42 eV), 높은 전자 이동성,그리고 고주파 및 광전력 변환에 적합합니다..
응용 프로그램:5G 전파 장치, 레이저, 위성 통신.
도전 과제:희귀한 재료 (예: 0.001%의 인디엄 매장량), 높은 준비 비용 및 독성 요소 (예: 아르센) 의 존재.
세대 교체의 이유:새로운 에너지 및 고전압 전력 장비는 전압 저항과 효율성에 대한 더 높은 요구 사항을 제시했으며, 이는 넓은 대역 간격 재료의 출현을 주도했습니다.
ZMSH의 GaAs 와이퍼 & InP 와이퍼
세 번째 세대의 반도체: 넓은 대역 간격 을 가진 "에너지 혁명"
특징:실리콘 카바이드 (SiC) 와 갈륨 나트라이드 (GaN) 를 중심으로 하여, 대역 간격 폭이 크게 증가 (SiC: 3.2 eV, GaN: 3.4 eV) 하며, 높은 분해 전기장을 특징으로 하며,높은 열전도성과 높은 주파수 특성.
응용 프로그램:신에너지 차량, 태양광 인버터, 5G 기지 스테이션의 전기 구동 시스템
장점:에너지 소비는 실리콘 기기와 비교하면 50% 이상 감소하고 용량은 70% 감소합니다.
세대 교체의 이유:인공지능과 양자 컴퓨팅과 같은 신흥 분야는 지원에 더 높은 성능을 갖춘 물질을 필요로 하며, 타임스 (The Times) 가 요구하는 초대 폭의 밴드gap 물질이 등장했습니다.
ZMSH의 SiC 와이퍼와 GaN 와이퍼
네 번째 세대 반도체: 초대폭 광대파의 "극단적 돌파구"
특징:갈륨 산화물 (Ga2O3) 및 다이아몬드 (C) 로 대표되는 밴드gap 너비는 추가로 증가했습니다 (갈륨 산화물: 4.8 eV), 초하의 전원 저항과 초고의 저항 전압을 모두 특징으로합니다.그리고 엄청난 비용 잠재력을 가지고.
응용 프로그램:초고전압 전력 칩, 깊은 자외선 감지기, 양자 통신 장치
돌파구갈륨 산화물 장치는 8000V 이상의 전압을 견딜 수 있으며 효율은 SiC보다 3배 높습니다.
세대 교체의 논리:전 세계적으로 컴퓨팅 능력과 에너지 효율을 추구하는 것은 물리적 한계에 가까워졌고, 양자 규모의 성능 도약을 달성하기 위해 새로운 재료가 필요합니다.
ZMSH의 Ga2O3 웨이퍼 & GaN 온 다이아몬드
ii. 5세대 반도체 경향: 양자 물질과 2차원 구조의 "미래 청사진"
만약 "역폭 폭 확장 + 기능적 통합"의 진화 경로가 계속된다면, 5세대 반도체는 다음과 같은 방향에 초점을 맞출 수 있습니다.
1) 토폴로지 절연기:표면 전도성과 내부 단열의 특성으로, 에너지 제로 전자 장치를 만들 때 사용할 수 있습니다.전통적인 반도체의 열 발생 병목을 깨는 것.
2) 2차원 재료:그래핀과 몰리브덴 디섬피드 (MoS2) 와 같은 원자 수준의 두께로 초고 주파수 반응과 유연한 전자 잠재력을 부여합니다.
3) 양자 점과 광성 결정:양자 격리 효과를 통해 대역 구조를 조절함으로써 빛, 전기 및 열의 다기능 통합이 달성됩니다.
4) 바이오 반도체:생물학적 시스템과 전자 회로와 호환되는 DNA 또는 단백질을 기반으로 자자 조립 물질
5) 핵심 동력:인공지능, 뇌-컴퓨터 인터페이스,그리고 방온 초전도성은 반도체들이 지능과 생물 호환성을 향해 진화하는 것을 촉진시키고 있습니다..
중국 반도체 산업의 기회: "추천"에서 "속도 유지"로
1) 기술 혁신 및 산업 사슬 구성
· 세 번째 세대의 반도체:중국은 8인치 SiC 기판의 대량 생산을 달성했으며 자동차 수준의 SiC MOSFET는 BYD와 같은 자동차 제조업체에서 성공적으로 적용되었습니다.
· 4세대 반도체:시안 우편통신대학과 중국 전자기술그룹의 46연구소에서 8인치 갤륨산화 대동기 기술을세계 1위권에 진입하는.
2) 정책 및 자본 지원
·우리나라의 14차 5개년 계획에는 3세대 반도체가 주요 관심사로 지정되어 있으며, 지방자치단체는 100억 위안 이상의 산업 자금을 설립했습니다.
·2024년 10대 기술 발전 중에서도 6~8인치 갤륨산화물 장치와 갤륨산화물 트랜지스터와 같은 업적들이 선정되었습니다.산업 사슬 전체에 걸쳐 획기적인 추세를 나타냅니다..
IV. 도전 과 그 경로를 돌파 하는 것
1) 기술적인 곤경
· 재료 준비:큰 크기의 단일 결정 성장의 양은 낮습니다 (예를 들어, 갈륨 산화소는 균열에 취약하며) 결함 통제의 어려움이 높습니다.
· 장치 신뢰성:고주파와 고전압의 수명 테스트 표준은 아직 완료되지 않았으며 자동차 수준의 장치의 인증 주기는 길습니다.
2) 산업 사슬의 결함
· 고급 장비는 수입에 의존합니다.예를 들어, 실리콘 카비드 결정 성장 오븐의 국내 생산률은 20% 미만입니다.
· 약한 애플리케이션 생태계:하류 기업들은 수입된 부품들을 선호하고, 국내 대체는 정책적 지침이 필요합니다.
3) 전략적 개발
1산업·대학·연구 협력:세 번째 세대의 반도체 동맹 모델을 바탕으로우리는 대학 (제주대학교, 닝보 공과대학 등) 과 기업과 손을 잡고 핵심 기술을 해결할 것입니다..
2차별화된 경쟁:새로운 에너지와 양자 통신과 같은 증대 시장에 집중하고 전통적인 거장들과의 직접적인 대립을 피하십시오.
3인재 육성해외 최고의 학자들을 유치하고 "칩 과학 및 엔지니어링"의 학문 구축을 촉진하기 위해 특별 기금을 설립합니다.
실리콘에서 갈륨산화물까지 반도체의 진화는 인간의 물리적인 한계를 뛰어넘는 서사시입니다.만약 중국이 4세대 반도체의 기회 창을 포착하고 5세대 재료에 대한 미래지향적 계획을 세울 수 있다면, 그것은 글로벌 기술 경쟁에서 "레인 변경 오프타킹"을 달성 할 것으로 예상됩니다. 학자 양 데렌이 말했듯이, "진정한 혁신은 미지의 길을 걷기위한 용기를 필요로합니다." 이 길에서, 정책, 자본과 기술의 공감대가 중국의 반도체 산업의 거대한 바다를 결정합니다.
ZMSH는 반도체 재료 부문의 공급업체로서1세대 실리콘/제르메늄 웨이퍼부터 4세대 갈륨 산화물 및 다이아몬드 얇은 필름에 이르기까지 전체 공급망에 걸쳐 포괄적인 존재감을 구축했습니다.이 회사는 실리콘 카바이드 기판과 갈륨 질소 대동성 웨이퍼와 같은 세 번째 세대 반도체 부품의 대량 생산 생산량을 향상시키는 데 중점을두고 있습니다.동시에 초 넓은 대역 물질을 위한 결정 준비에 대한 기술 자원을 발전시키는 동안수직적으로 통합된 연구 개발, 결정 성장 및 처리 시스템을 활용하여 ZMSH는 5G 기지국, 새로운 에너지 전력 장치 및 UV 레이저 시스템에 맞춤형 재료 솔루션을 제공합니다.회사는 6인치 갈륨 아르세나이드 웨이퍼에서 12인치 실리콘 카바이드 웨이퍼까지의 단계적인 생산 용량 구조를 개발했습니다., 차세대 반도체 경쟁력을 위해 자급자족하고 제어 가능한 재료 기반을 구축하는 중국의 전략적 목표에 적극적으로 기여합니다.
ZMSH의 12인치 사파이어 웨이퍼와 12인치 SiC 웨이퍼:
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