توقعات وتحديات المواد نصف الموصلة من الجيل الخامس

توقعات وتحديات المواد نصف الموصلة من الجيل الخامس

أشباه الموصلات هي حجر الزاوية لعصر المعلومات، وتكرار موادها يحدد مباشرة حدود التكنولوجيا البشرية.من الجيل الأول من أشباه الموصلات القائمة على السيليكون إلى الجيل الرابع الحالي من مواد الفجوة الشاسعة، كل جيل من الابتكارات قد دفعت إلى تطوير قفزة في مجالات مثل الاتصالات والطاقة والحوسبة.من خلال تحليل خصائص مواد أشباه الموصلات من الجيل الرابع ومنطق استبدال الأجيال، يتم التكهن بالاتجاهات المحتملة للجيل الخامس من أشباه الموصلات ، وفي الوقت نفسه ، يتم استكشاف مسار اختراق للصين في هذا المجال.

I. خصائص مواد أشباه الموصلات من الجيل الرابع ومنطق استبدال الأجيال

"العصر الأساسي" للجيل الأول من أشباه الموصلات: السيليكون والجيرمانيوم

الخصائص:تحتوي أشباه الموصلات الأساسية التي تمثلها السيليكون (Si) والجيرمانيوم (Ge) على مزايا انخفاض التكلفة والعملية الناضجة والموثوقية العالية.فهي محدودة بعرض الفجوة النطاقية الضيقة نسبيا (Si: 1.12 eV ، Ge: 0.67 eV) ، مما يؤدي إلى ضعف الجهد المقاوم وعدم كفاية أداء الترددات العالية.
التطبيقات:الدوائر المتكاملة، الخلايا الشمسية، الأجهزة منخفضة الجهد و منخفضة التردد.
سبب تغيير الأجيال:مع الطلب المتزايد على أداء عالية التردد وارتفاع درجة الحرارة في مجالات الاتصالات والإلكترونيات الضوئية ، لا تستطيع المواد القائمة على السيليكون تدريجيا تلبية الطلبات.

ويندوز الجي البصري و سيفيرات سي ZMSH

أجهزة نصف الموصلات من الجيل الثاني: "الثورة البصرية الإلكترونية" لأجهزة نصف الموصلات المركبة

الخصائص:المركبات المكونة من المجموعة الثالثة والخامسة التي تمثلها آرسنيد الغاليوم (GaAs) وفوسفيد الانديوم (InP) لديها عرض واسع الفجوة (GaAs: 1.42 eV) ، وتحرك الكترونات العالي ،وهي مناسبة لتحويل الترددات العالية والكهرباء الضوئية.
التطبيقات:أجهزة ترددات لاسلكية 5G، الليزر، الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.
التحديات:المواد النادرة (مثل احتياطيات الانديوم من 0.001٪ فقط) ، وتكاليف التحضير العالية ووجود العناصر السامة (مثل الزرنيخ).
سبب استبدال الأجيال:وضعت الطاقة الجديدة ومعدات الطاقة عالية الجهد متطلبات أعلى لمقاومة الجهد والكفاءة، مما دفع إلى ظهور مواد الفجوة العريضة.

رقائق GaAs و InP من ZMSH

أشباه الموصلات من الجيل الثالث: "ثورة الطاقة" مع فجوة واسعة

الخصائص:مع كاربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN) كقلب ، يتم زيادة عرض الفجوة النطاقية بشكل كبير (SiC: 3.2 eV ، GaN: 3.4 eV) ، مع مجال كهربائي عالي الانهيار ،سلكية حرارية عالية وخصائص عالية التردد.
التطبيقات:أنظمة القيادة الكهربائية لمركبات الطاقة الجديدة، محولات الطاقة الكهروضوئية، محطات قاعدة 5G.
المزايا:يتم تقليل استهلاك الطاقة بأكثر من 50٪ مقارنة بالأجهزة القائمة على السيليكون ، ويتم تقليل الحجم بنسبة 70٪.
سبب استبدال الأجيال:تتطلب المجالات الناشئة مثل الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية مواد ذات أداء أعلى لدعمها ، وقد ظهرت مواد الفجوة الفاصلة فائقة الواسعة كما تتطلب التايمز.

رقائق SiC و GaN من ZMSH

أجهزة أشباه الموصلات من الجيل الرابع: "الاكتشاف الشديد" في النطاق العريض

الخصائص:تمثلها أكسيد الغاليوم (Ga2O3) والماس (C) ، وقد زاد عرض الفجوة (أكسيد الغاليوم: 4.8 eV) ، مع كل من مقاومة عالية للغاية والجهد المقاوم عالية للغاية ،ولها إمكانات تكلفة هائلة.
التطبيقات:رقائق طاقة عالية الجهد، أجهزة الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية العميقة، أجهزة الاتصال الكمومية.
الاختراق:أجهزة أكسيد الغاليوم يمكن أن تتحمل فولتات تزيد عن 8000 فولت، وكفاءتها أعلى بثلاث مرات من الكهرباء.
منطق استبدال الأجيال:لقد اقترب السعي العالمي إلى قوة الحوسبة وكفاءة الطاقة من الحد الفيزيائي، والمواد الجديدة تحتاج إلى تحقيق قفزات في الأداء على نطاق الكم.

زيمش غاوفر 2 او 3 و غان أون الماس

التوجهات في أشباه الموصلات من الجيل الخامس: "الخريطة المستقبلية" للمواد الكمية والهياكل ثنائية الأبعاد

إذا استمر المسار التطوري لـ "توسيع عرض الفجوة النطاقية + التكامل الوظيفي" ، فقد يركز أشباه الموصلات من الجيل الخامس على الاتجاهات التالية:

1) عازل طوبولوجي:مع خصائص التوصيل السطحي والعزل الداخلي، يمكن استخدامه لبناء أجهزة إلكترونية منخفضة الطاقة،كسر اختناق توليد الحرارة من أشباه الموصلات التقليدية.
2) مواد ثنائية الأبعاد:مثل الجرافين وديسولفيد الموليبدينوم (MoS2) ، مع سمك على المستوى الذري ، يمنح استجابة الترددات العالية للغاية وإمكانات الإلكترون المرنة.
3) النقاط الكمية والبلورات الفوتونية:من خلال تنظيم هيكل النطاق من خلال تأثير الحبس الكمي ، يتم تحقيق التكامل متعدد الوظائف للضوء والكهرباء والحرارة.
4) الموصلات النصفية الحيوية:مواد تتجمع نفسها على أساس الحمض النووي أو البروتينات، متوافقة مع الأنظمة البيولوجية والدوائر الإلكترونية.
5) القوى الدافعة الأساسية:الطلب على التكنولوجيات المزعجة مثل الذكاء الاصطناعي، واجهات الدماغ والكمبيوتر،والقدرة الفائقة على التوصيل في درجة حرارة الغرفة تعزز تطور أشباه الموصلات نحو الذكاء والتوافق البيولوجي.

الفرص لصناعة أشباه الموصلات في الصين: من "متابعة" إلى "الاحتفاظ بالوتيرة"

1) الاختراقات التكنولوجية وتخطيط السلسلة الصناعية

· أشباه الموصلات من الجيل الثالث:وقد حققت الصين إنتاجًا جماعيًا لأساسات SiC 8 بوصات ، وقد تم تطبيق MOSFETs SiC من الدرجة السيارات بنجاح في شركات صناعة السيارات مثل BYD.
· أشباه الموصلات من الجيل الرابع:جامعة شيان للبريد والاتصالات و 46 معهد أبحاث من شركة مجموعة تكنولوجيا الإلكترونيات الصينيةدخول الدرجة الأولى في العالم.

2) دعم السياسة ورأس المال

·وقد أدرجت الخطة الخمسية الرابعة عشر للبلاد أشباه الموصلات من الجيل الثالث على أنها محور تركيز رئيسي، وأنشأت الحكومات المحلية صناديق صناعية بقيمة تزيد عن 10 مليارات يوان.
·من بين أفضل عشرة تقدمات تكنولوجية في عام 2024 ، تم اختيار إنجازات مثل أجهزة نتريد الغاليوم 6-8 بوصة وترانزستورات أكسيد الغاليوم ،إظهار اتجاه متطور عبر السلسلة الصناعية بأكملها.

التحديات والطريق إلى اختراق
 

1) اختناقات تقنية

· إعداد المواد:إن إنتاج نمو الكريستال الواحد ذو الحجم الكبير منخفض (على سبيل المثال، أكسيد الغاليوم عرضة للتشقق) ، وصعوبة مكافحة العيوب عالية.
· موثوقية الجهاز:لم تكتمل معايير اختبار الحياة تحت التردد العالي والجهد العالي بعد ، ودورة التصديق للأجهزة ذات الجودة السيارات طويلة.

2) أوجه القصور في السلسلة الصناعية

· تعتمد المعدات الراقية على الواردات:على سبيل المثال، معدل الإنتاج المحلي لأفران نمو الكريستال الكربيد السيليكون أقل من 20%.
· النظام البيئي الضعيف للتطبيق:وتفضل الشركات التابعة للسلسلة التالية المكونات المستوردة، ويتطلب الاستبدال المحلي توجيهات سياسية.

3) التنمية الاستراتيجية

1التعاون بين الصناعة والجامعات والبحوث:بناءً على نموذج "تحالف أشباه الموصلات من الجيل الثالث"سوف نتعاون مع الجامعات (مثل جامعة تشجيانغ ومعهد نينغبو للتكنولوجيا) والشركات لمعالجة التقنيات الأساسية.
2المنافسة المختلفة:التركيز على الأسواق المتزايدة مثل الطاقة الجديدة والاتصالات الكمية، وتجنب المواجهة المباشرة مع العملاقين التقليديين.
3- تطوير المواهب:إنشاء صندوق خاص لجذب أفضل العلماء الأجانب وتعزيز بناء الانضباط من "العلوم الرقمية والهندسة".

من السيليكون إلى أكسيد الغاليوم، تطور أشباه الموصلات هو ملحمة البشرية كسر الحدود الفيزيائية.إذا استطاعت الصين اغتنام نافذة الفرصة للجيل الرابع من أشباه الموصلاتويتوقع أن تصل إلى "تجاوز تغيير المسار" في المنافسة التكنولوجية العالمية. كما قال الأكاديمي يانغ ديرين، "الابتكار الحقيقي يتطلب الشجاعة لاتخاذ مسارات غير معروفة." على هذا الطريق، صدى السياسة والرأسمال والتكنولوجيا ستحدد المحيط الواسع من صناعة أشباه الموصلات في الصين.

ZMSH، كمورد في قطاع مواد أشباه الموصلات،وقد أنشأت وجودًا شاملًا في جميع أنحاء سلسلة التوريد التي تمتد من رقائق السيليكون / الجيرمانيوم من الجيل الأول إلى الأفلام الرقيقة من أكسيد الغاليوم والماس من الجيل الرابعتركز الشركة على تعزيز إنتاج الجماهير لمكونات أشباه الموصلات من الجيل الثالث مثل رصيفات الكربيد السيليكوني ووافيرات نتريد الغاليومبينما تقدم بالتوازي احتياطياتها التقنية في تحضير الكريستال لمواد الفجوة الفائقة واسعةمن خلال الاستفادة من نظام متكامل عمودي للبحث والتطوير ونمو البلورات ومعالجة المواد، تقدم ZMSH حلول مادة مخصصة لمحطات قاعدة 5G وأجهزة طاقة الطاقة الجديدة وأنظمة الليزر فوق البنفسجية.وقد طورت الشركة هيكل قدرة إنتاج تدريجية تتراوح من رقائق 6 بوصة من آرسنيد الغاليوم إلى رقائق 12 بوصة من كربيد السيليكون، والمساهمة بنشاط في الهدف الاستراتيجي للصين لبناء أساس مواد مكتفية ذاتيا وقابلة للسيطرة لمنافسة الأجيال القادمة من أشباه الموصلات.

زيمش 12 بوصة رقاقة الزعفرة و 12 بوصة رقاقة سي سي:

* يرجى الاتصال بنا لأي مخاوف حقوق الطبع والنشر، وسوف نعالجها على الفور.