Ketika kepadatan transistor IC semakin mendekati batas fisik, semakin sulit untuk meningkatkan kinerja IC hanya dengan meningkatkan proses manufaktur. Mengenai cara mengembangkan industri IC era pasca-Moore, dunia secara aktif mencari teknologi baru, metode baru, dan jalur baru. Untuk lebih mempromosikan inovasi teknologi dan mempercepat pengembangan industri sirkuit terpadu Tiongkok di era pasca-Moore, Asosiasi Industri Semikonduktor Tiongkok dan China Electronics News bersama-sama meluncurkan serangkaian laporan bertajuk "Akademisi berbicara tentang Evolusi teknologi di Era Pasca-Moore Era”, yang akan mewawancarai akademisi di bidang terkait untuk membahas arah perkembangan industri semikonduktor di era pasca-Moore.

Saat ini, perangkat dan industri material semikonduktor celah pita lebar (juga dikenal sebagai semikonduktor generasi ketiga) sedang digunakan di dalam dan luar negeri. Mengapa industri semikonduktor kesenjangan pita lebar memenangkan pasar? Apa saja karakteristik, kesulitan dan kendala dalam proses lamaran? Arah apa yang harus dikembangkan oleh industri terkait di masa depan? Hao Yue berbagi pandangannya tentang masalah saat ini, kesulitan pengembangan, dan arah pengembangan masa depan industri semikonduktor kesenjangan pita lebar.

Reporter: Pertama-tama, saya ingin meminta Anda memperkenalkan secara singkat tentang semikonduktor pita lebar. Apa ciri-ciri semikonduktor jenis ini dan apa penerapannya dalam industri?

Hao Yue: Fitur yang paling jelas dari semikonduktor celah pita lebar adalah lebar celah pita lebar, yang lebih dekat dengan isolator dalam hal sifat material. Oleh karena itu, galium nitrida dan silikon karbida diwakili oleh jenis bahan semikonduktor celah pita lebar ini, dengan kekuatan medan listrik tembus tinggi, suhu pengoperasian tinggi, ketahanan konduksi perangkat rendah, kerapatan elektron tinggi dan keunggulan lainnya, saat ini semikonduktor celah pita lebar terutama di tiga bidang mempunyai daya saing pasar yang kuat.

Yang pertama adalah perangkat RF, yaitu perangkat gelombang milimeter microwave. Dibandingkan dengan bahan semikonduktor seperti galium arsenida dan silikon, perangkat semikonduktor celah pita lebar dalam pita milimeter gelombang mikro memiliki efisiensi kerja dan daya keluaran yang jauh lebih tinggi, dan cocok untuk perangkat daya RF. Perangkat RF untuk keperluan sipil terutama digunakan dalam komunikasi seluler, termasuk komunikasi 4G, 5G, dan 6G di masa depan. Misalnya, stasiun pangkalan komunikasi seluler 4G dan 5G yang baru dipasang di Tiongkok hampir semuanya menggunakan perangkat galium nitrida. Secara khusus, stasiun pangkalan 5G mengadopsi sistem transceiver MIMO. Setiap stasiun pangkalan mengirim dan menerima 64 saluran, dan konsumsi dayanya lebih dari tiga kali lipat dari stasiun pangkalan 4G. Selain itu, kepadatan stasiun pangkalan lebih tinggi daripada stasiun pangkalan 4G, sehingga hampir tidak mungkin untuk menggunakan perangkat galium nitrida berefisiensi tinggi. Ke depan, frekuensi komunikasi 6G akan semakin tinggi dan jumlah BTS akan semakin banyak.

Yang kedua adalah perangkat elektronik berdaya tinggi. Perangkat elektronik berdaya berdaya tinggi dan berefisiensi tinggi diperlukan untuk perangkat pengisian cepat, sistem transmisi dan transformasi daya, angkutan kereta api, kendaraan listrik, dan tiang pengisian daya. Tidak diragukan lagi semikonduktor celah pita lebar, terutama silikon karbida, galium nitrida memiliki keunggulan yang lebih nyata dibandingkan bahan semikonduktor lainnya.

Yang ketiga adalah perangkat fotolistrik. Semikonduktor celah pita lebar memiliki keunggulan yang jelas terutama pada perangkat optoelektronik dengan panjang gelombang pendek. Cahaya biru, misalnya, kini menggunakan galium nitrida untuk semua penerangan semikonduktor. Pada sinar ungu, sinar ultraviolet bahkan pada sinar kuning, lampu hijau dapat langsung digunakan sebagai bahan semikonduktor nitrida.

Tentu saja, ada area aplikasi lain, seperti detektor, sensor, dan sebagainya, yang penerapannya sangat luas.

Catatan: Menurut data, ukuran pasar perangkat semikonduktor celah pita lebar telah menunjukkan tren peningkatan yang sangat jelas sejak tahun 2017. Menurut Anda, apakah semikonduktor pita lebar berpotensi menjadi teknologi disruptif di era pasca-Moor, dan sejauh mana mereka akan menggantikan silikon?

Hao Yue: Di era pasca-Moore, chip sirkuit terintegrasi silikon menghadapi tantangan besar dalam hal integrasi dan konsumsi daya, yang memperlambat hukum integrasi chip Moore setiap 18 bulan. Oleh karena itu, solusi baru dicari, termasuk solusi baru sirkuit terintegrasi silikon 3D dan chip sistem. Chip sistem juga disebut Lebih dari Hukum Moore, yang mengacu pada perluasan berkelanjutan sirkuit terintegrasi silikon untuk berintegrasi dengan material lain atau bidang aplikasi guna membuka pasar aplikasi baru.

Menurut saya sirkuit terintegrasi silikon sangat terintegrasi dengan jenis semikonduktor lainnya, seperti semikonduktor majemuk dan perangkat silikon, menumbuhkan senyawa pada substrat silikon, yang merupakan bidang yang sangat menarik dan menjanjikan di era pasca-Molar. Ini juga merupakan arah penting untuk pengembangan perangkat semikonduktor celah pita lebar dan sirkuit terpadu di masa depan.

Namun, bahan semikonduktor celah pita lebar tidak mungkin menggantikan silikon. Lebih dari 90% sirkuit terpadu masih menggunakan semikonduktor berbasis silikon, serta sel surya, yang sebagian besar terbuat dari silikon. Perangkat semikonduktor celah pita lebar dan sirkuit terpadu hanya menempati sebagian kecil di pasar semikonduktor global, terutama digunakan pada perangkat rf berdaya tinggi, perangkat elektronika daya, dan perangkat optoelektronik dengan panjang gelombang pendek. Silikon masih menjadi bahan semikonduktor yang dominan. Karena bahan silikon sulit memancarkan cahaya dan meningkatkan daya keluaran pada frekuensi tinggi, semikonduktor pita lebar memiliki ruang pengembangan independen dan pasar aplikasi yang besar.

Reporter: kesulitan apa yang masih ada dalam proses mempromosikan material dan perangkat semikonduktor dengan kesenjangan pita lebar di Tiongkok ke industri, apa alasan kesulitan ini dan bagaimana cara mengatasinya?

Hao Yue: Saat ini, industri semikonduktor Tiongkok sedang menghadapi masalah "hambatan", terutama pada peralatan dan material utama. Namun, dalam hal peralatan semikonduktor celah pita lebar, kami telah mencapai lokalisasi di sebagian besar bidang saat ini, mulai dari pertumbuhan material, perangkat dan proses sirkuit hingga pengujian peralatan pengemasan, pada dasarnya dalam negeri dapat memenuhi kebutuhan. Hanya litografi yang masih belum terpecahkan. Faktanya, proses fotolitografi yang diperlukan untuk semikonduktor celah pita lebar seperti galium nitrida tidak perlu terlalu rumit. Akurasi fotolitografi 90 nanometer sudah cukup. Dengan dukungan kebijakan nasional yang relevan, kita dapat mencapai teknologi ini. Mesin pengukiran foto yang telah berhasil dikembangkan saat ini harus mencapai produksi massal yang stabil secepatnya, dan kita masih perlu melakukan upaya dalam hal ini. Kita bisa melakukannya dengan baik dan bisa menjadi industrialisasi, kita harus melakukannya.

Reporter: beberapa produsen mengatakan bahwa saat ini di banyak bidang mutakhir, produksi perangkat semikonduktor dalam negeri tidak dapat memenuhi persyaratan (seperti efisiensi perangkat), mengapa? Bagaimana cara mengatasi masalah-masalah ini?

Hao Yue: Konduktivitas termal yang tinggi dan kehilangan yang rendah merupakan keunggulan inheren semikonduktor pita lebar. Masalahnya adalah kita gagal memanfaatkan sepenuhnya keunggulan ini dalam pengembangan produk. Misalnya galium nitrida pada frekuensi 4GHz dengan daya keluaran 100W, efisiensi perangkat bisa mencapai lebih dari 70%. Untuk material lain, bisa mencapai 50% sudah baik, efisiensi tinggi ditentukan oleh sifat materialnya. Baik galium nitrida atau silikon karbida, efisiensi semikonduktor celah pita lebar sangat tinggi. Namun, dalam penerapan perangkat selanjutnya, sangat penting untuk memastikan rendahnya kehilangan material di setiap langkah.

Dalam perangkat silikon karbida, misalnya, setelah selesainya produksi pengemasan, dasar saat ini gagal untuk pengemasan perangkat kami, sesuai dengan karakteristik perangkat dan harus dilakukan, masih mengadopsi mode perangkat enkapsulasi silikon berdaya tinggi, sehingga meningkatkan kehilangan semikonduktor celah pita lebar efisiensi tinggi dan kehilangan rendah sehingga enkapsulasi, dasar tidak berpengaruh. Ini hanya satu contoh saja, dan menurut saya masih banyak lagi yang bisa dilakukan dalam hal adopsi teknologi.

Reporter: Jika teknologi semikonduktor celah pita lebar semakin dipopulerkan, dapatkah teknologi tersebut memenuhi persyaratan kelas atas berupa kinerja tinggi, ketahanan suhu tinggi, dan masa pakai perangkat elektronik yang lama?

Hao Yue: Saya pikir ini bisa diselesaikan sepenuhnya. Karena dalam semikonduktor celah pita lebar, teknologi dan indikator pengembangan perangkat kami pada dasarnya sinkron dengan internasional, dan bahkan beberapa indikator memimpin. Pertanyaannya adalah seberapa cepat teknologi ini dapat berpindah dari penelitian dan pengembangan ke produksi. Saat ini, banyak pabrikan dalam negeri sendiri yang tidak memiliki kemampuan litbang, yang mendasar adalah mengambil doktrin. Misalnya, Pusat Penelitian Teknik Nasional Semikonduktor Celah Pita Lebar kami di Universitas Xidian telah mengembangkan banyak teknologi material dan perangkat indeks tinggi. Pada awalnya, produsen mampu membuat perangkat tersebut, namun sulit untuk berinovasi berdasarkan hal tersebut. Negara kita percaya bahwa perusahaan adalah badan utama inovasi. Jika perusahaan hanya menggunakan teknologi tetapi tidak berinovasi, betapapun bagusnya teknologi tersebut, tidak dapat terus menerus diubah menjadi kekuatan produktif. Saat ini, banyak perusahaan mempunyai investasi yang sangat terbatas dalam PENELITIAN dan pengembangan, dan investasi utama dalam penelitian dan pengembangan masih bergantung pada negara.

Sebagai perbandingan, Intel menghabiskan lebih dari $10 miliar per tahun untuk penelitian dan pengembangan perusahaan semikonduktor terkemuka. Perusahaan-perusahaan Tiongkok harus meningkatkan kapasitas inovasi mereka dan juga mencari cara untuk meningkatkan investasi dalam penelitian dan pengembangan.

Reporter: Dapat dipahami bahwa evaluasi universitas dan lembaga penelitian terutama dilakukan melalui publikasi makalah. Sistem evaluasi ini mungkin menyulitkan universitas dan industri untuk bekerja sama secara erat. Peran apa yang harus dimainkan oleh sekolah dan perusahaan dalam aliansi universitas-perusahaan?

Hao Yue: Penelitian universitas dan lembaga penelitian nasional harus mengarah pada garis depan ilmu pengetahuan dan teknologi dunia. Tidak ada keraguan tentang itu. Salah satu tugas perguruan tinggi dan lembaga penelitian adalah mengeksplorasi hal-hal yang biasa dan senantiasa mengejar hal-hal baru. Hal ini berlaku tidak hanya di universitas-universitas Tiongkok, tetapi juga di universitas-universitas di seluruh dunia. Oleh karena itu, menurut saya tepat jika kita mementingkan penerbitan makalah, terutama pada konferensi akademik dan jurnal akademik. Ilmuwan dan ilmuwan harus menghadapi garis depan sains dan teknologi, dan misi ilmuwan adalah mengejar tujuan yang lebih tinggi.

Haruskah pencapaian penelitian ilmiah di perguruan tinggi dan universitas segera diubah menjadi kekuatan produktif yang nyata? Saya rasa memang demikian. Namun bagaimana memastikan hasil penelitian perguruan tinggi dan universitas dapat ditransformasikan menjadi produktivitas nyata? Ada kecenderungan profesor menjalankan perusahaan secara langsung, yang menurut saya juga patut dipertanyakan. Sangat sulit bagi seorang profesor untuk mampu menghadapi batas teknologi dan medan perang ekonomi utama.

Jadi bagaimana cara mengatasi kelompok kontradiksi ini? Menurut pendapat saya, mengandalkan kombinasi industri, universitas dan penelitian untuk meningkatkan kemampuan PENELITIAN dan pengembangan perusahaan adalah kunci untuk memecahkan masalah. Oleh karena itu, bagaimana mewujudkan perusahaan sebagai badan utama inovasi adalah sesuatu yang harus kita upayakan secara bersama-sama.

Reporter: Beberapa perusahaan internasional besar, seperti Clarie dan Infineon, pada dasarnya telah mencakup seluruh rantai industri dengan teknologi mereka, mulai dari substrat, perangkat hingga aplikasi. Jika perusahaan dalam negeri bersaing dengan perusahaan tersebut dan ingin membentuk daya saing di bidang kelas atas, apa yang harus mereka lakukan?

Hao Yue: Perusahaan Kerui mengkhususkan diri dalam bahan semikonduktor silikon karbida pada awal perusahaan, sepenuhnya mengerjakan bahan. Seiring berkembangnya material, mereka mulai membuat perangkat, LED biru vertikal berdaya tinggi, dan kemudian elektronik. Infineon telah membuat perangkat, bukan material. Hanya setelah mereka menjadi pemimpin dunia di bidangnya masing-masing barulah mereka secara bertahap mulai berkembang ke atas dan ke bawah dalam rantai industri.

Jadi bagi perusahaan kita, saran saya adalah lakukan apa yang bisa kita lakukan dengan baik, lakukan yang terbaik, lakukan dengan sempurna. Suatu perusahaan tidak boleh mempertimbangkan rantai industri sejak awal. Pemerintah harus memilih bidangnya, melakukannya secara ekstrem, dan kemudian mempertimbangkan perluasan hulu dan hilir. Tidak mungkin mencapai material dan perangkat kelas satu pada awalnya. Jadi positioning perusahaannya apa, harus jelas dulu.

Reporter: Gallium nitrida dan silikon karbida telah mencapai produksi massal. Di bidang semikonduktor celah pita lebar, material apa yang akan dihadapi di masa depan?

Hao Yue: Saya pikir galium oksida adalah bahan yang paling mungkin, yang memiliki celah pita lebih lebar daripada galium nitrida dan silikon karbida, mencapai 4.6~4.8 elektron volt. Penelitian kami saat ini menunjukkan bahwa bahan-bahan tersebut menjanjikan.

Dalam dekade berikutnya, perangkat galium oksida kemungkinan akan menjadi perangkat elektronika daya kompetitif yang akan bersaing langsung dengan perangkat silikon karbida, seperti halnya perangkat silikon karbida dan silikon saat ini.

Gallium oksida tidak tersedia saat ini, tergantung pada kemajuan penelitian selanjutnya. Selain itu, celah pita material intan adalah 5.4 elektron volt. Landasan penelitian bahan dan perangkat semacam ini sangat bagus di China, namun masih banyak kesulitan teknis pada bahan semacam ini dan industrialisasinya cukup sulit, tergantung terobosan teknologi seperti apa yang akan dilakukan dalam 10 tahun ke depan. bertahun-tahun. Dapat dikatakan bahwa kami telah bekerja tanpa kenal lelah.

Penafian: Artikel ini dicetak ulang dari "China Electronic News", artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, tidak mewakili pandangan Sakwei dan industri, hanya untuk mencetak ulang dan berbagi, mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual, harap tunjukkan sumber dan penulis asli, jika ada pelanggaran silahkan menghubungi kami untuk menghapus.