IC transistör yoğunluğu fiziksel sınıra yaklaştıkça, yalnızca üretim sürecini iyileştirerek IC performansını iyileştirmek giderek zorlaşıyor. Dünya, entegre devre endüstrisinin Moore sonrası döneminin nasıl geliştirileceği konusunda aktif olarak yeni teknolojiler, yeni yöntemler ve yeni yollar arıyor. Moore sonrası dönemde teknolojik yeniliği daha da teşvik etmek ve Çin'in entegre devrelerinin endüstriyel gelişimini hızlandırmak amacıyla, Çin Yarı İletken Endüstrisi Birliği ve China Electronics News ortaklaşa "Akademisyenler Moore Sonrası Teknoloji Evrimi hakkında konuşuyor" başlıklı bir dizi rapor başlattı. Moore sonrası dönemde yarı iletken endüstrisinin gelişim yönünü tartışmak üzere ilgili alanlardaki akademisyenlerle röportaj yapacak olan Era".

Şu anda geniş bant aralıklı yarı iletken (üçüncü nesil yarı iletken olarak da bilinir) cihaz ve malzeme endüstrisi yurt içinde ve yurt dışında yaygınlaşmaktadır. Geniş bant aralıklı yarı iletken endüstrisi neden pazarın beğenisini kazandı? Başvuru sürecindeki özellikler, zorluklar ve sıkıntılı noktalar nelerdir? Gelecekte ilgili endüstriler hangi yönde gelişmelidir? Hao Yue, geniş bant aralıklı yarı iletken endüstrisinin mevcut sorunları, geliştirme zorlukları ve gelecekteki gelişim yönü hakkındaki görüşlerini paylaştı.

Muhabir: Öncelikle geniş bant yarı iletken hakkında kısa bir giriş yapmanızı rica ediyorum. Bu tür yarı iletkenin özellikleri nelerdir ve endüstrideki uygulamaları nelerdir?

Hao Yue: Geniş bant aralıklı yarı iletkenin en belirgin özelliği, malzeme özellikleri açısından yalıtkanlara daha yakın olan geniş bant aralığı genişliğidir. Bu nedenle, galyum nitrür ve silisyum karbür, yüksek arıza elektrik alanı kuvveti, yüksek çalışma sıcaklığı, düşük cihaz iletim direnci, yüksek elektron yoğunluğu ve diğer avantajlara sahip bu tür geniş bant aralıklı yarı iletken malzemelerle temsil edilir, şu anda geniş bant aralıklı yarı iletken esas olarak üç alanda güçlü bir pazar rekabet gücüne sahiptir.

Bunlardan ilki rf cihazları yani mikrodalga milimetrik dalga cihazlarıdır. Galyum arsenit ve silikon gibi yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında, mikrodalga milimetre bandındaki geniş bant aralıklı yarı iletken cihazlar önemli ölçüde daha yüksek çalışma verimliliğine ve çıkış gücüne sahiptir ve RF güç cihazları için uygundur. Sivil kullanıma yönelik RF cihazları, gelecekte 4G, 5G ve 6G iletişimleri de dahil olmak üzere çoğunlukla mobil iletişimde kullanılacaktır. Örneğin Çin'de yeni kurulan 4G ve 5G mobil iletişim baz istasyonlarının neredeyse tamamı galyum nitrür cihazları kullanıyor. Özellikle, 5G baz istasyonu MIMO alıcı-verici sistemini benimser. Her baz istasyonu 64 kanal gönderip alıyor ve güç tüketimi 4G baz istasyonunun üç katından fazla. Üstelik baz istasyonunun yoğunluğu 4G baz istasyonunun yoğunluğundan daha yüksek olduğundan yüksek verimli galyum nitrür cihazlarının kullanılması neredeyse imkansızdır. Gelecekte 6G iletişim frekansı daha yüksek olacak ve baz istasyonu sayısı daha da ön plana çıkacak.

İkincisi ise yüksek güçlü elektronik cihazlardır. Hızlı şarj cihazları, güç iletim ve dönüşüm sistemleri, demiryolu taşımacılığı, elektrikli araçlar ve şarj yığınları için yüksek güçlü ve yüksek verimli güç elektroniği cihazlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Kuşkusuz geniş bant aralıklı yarı iletken, özellikle silisyum karbür, galyum nitrürün diğer yarı iletken malzemelere göre daha belirgin avantajları vardır.

Üçüncüsü fotoelektrik cihazlardır. Geniş bant aralıklı yarı iletkenlerin özellikle kısa dalga boylu optoelektronik cihazlarda belirgin avantajları vardır. Örneğin mavi ışık artık tüm yarı iletken aydınlatma için galyum nitrür kullanıyor. Mor ışıkta, ultraviyole ışıkta ve hatta sarı ışıkta yeşil ışık doğrudan nitrür yarı iletken malzeme olarak kullanılabilir.

Elbette dedektör, sensör vb. gibi başka uygulama alanları da var, uygulama alanı çok geniş.

Not: Verilere göre, geniş bant aralıklı yarı iletken cihazların pazar büyüklüğü 2017'den bu yana çok belirgin bir yükseliş eğilimi göstermektedir. Sizce geniş bantlı yarı iletkenler Mağribi sonrası dönemde çığır açıcı bir teknoloji olma potansiyeline sahip midir? ve ne ölçüde silikonun yerini alacaklar?

Hao Yue: Moore sonrası dönemde, silikon entegre devre çipleri entegrasyon ve güç tüketimi açısından büyük zorluklarla karşı karşıya kalıyor ve bu da Moore'un çip entegrasyonu yasasını her 18 ayda bir yavaşlatıyor. Bu nedenle silikon 3D entegre devreler ve sistem çiplerinin yeni çözümleri de dahil olmak üzere yeni çözümler aranıyor. Sistem çiplerine ayrıca, yeni uygulama pazarları açmak için silikon entegre devrelerin diğer malzemelerle veya uygulama alanlarıyla entegre olacak şekilde sürekli genişlemesini ifade eden Moore Yasasından Daha Fazlası da denir.

Silikon entegre devrelerin, bileşik yarı iletkenler ve silikon cihazlar gibi diğer yarı iletken türleriyle, silikon substratlar üzerinde büyüyen bileşikler gibi diğer yarı iletken türleriyle oldukça entegre olduğunu düşünüyorum; bu, Molar sonrası dönemde çok ilginç, çok umut verici bir alandır. Gelecekte geniş bant aralıklı yarı iletken cihazların ve entegre devrelerin geliştirilmesi için de önemli bir yöndür.

Ancak geniş bant aralıklı yarı iletken malzemelerin silikonun yerini alması mümkün değildir. Entegre devrelerin %90'ından fazlası hala silikon bazlı yarı iletkenlerin yanı sıra çoğunlukla silikondan yapılan güneş pillerini kullanıyor. Geniş bant aralıklı yarı iletken cihazlar ve entegre devreler, küresel yarı iletken pazarında yalnızca küçük bir paya sahiptir ve çoğunlukla yüksek güçlü RF cihazlarında, güç elektroniği cihazlarında ve kısa dalga boylu optoelektronik cihazlarda kullanılır. Silikon hala baskın yarı iletken malzemedir. Silikon malzemelerin ışık yayması ve yüksek frekanslarda çıkış gücünü iyileştirmesi zor olduğundan, geniş bantlı yarı iletkenler bağımsız geliştirme alanına ve büyük bir uygulama pazarına sahiptir.

Muhabir: Çin'in geniş bant aralığına sahip yarı iletken malzeme ve cihazlarının sektöre tanıtılması sürecinde halen ne gibi zorluklar yaşanıyor, bu zorlukların sebepleri neler ve nasıl çözülebilir?

Hao Yue: Şu anda Çin'in yarı iletken endüstrisi, esas olarak temel ekipman ve malzemelerde bir "darboğaz" sorunuyla karşı karşıya. Ancak geniş bant aralıklı yarı iletken ekipmanlar konusunda malzeme büyümesinden, cihaz ve devre proseslerine, test paketleme ekipmanlarına kadar çoğu alanda şu anda yerlileşmeyi başardık, temel olarak yerli ihtiyaçları karşılayabiliyoruz. Yalnızca litografi çözülmeden kaldı. Aslında galyum nitrür gibi geniş bant aralıklı bir yarı iletken için ihtiyaç duyulan fotolitografi işleminin çok ileri düzeyde olmasına gerek yoktur. 90 nanometrelik bir fotolitografi doğruluğu yeterlidir. İlgili ulusal politikaların desteğiyle bu teknolojiye ulaşabiliriz. Şu anda başarılı bir şekilde geliştirilen fotogravür makinesinin mümkün olan en kısa sürede istikrarlı seri üretime ulaşması gerekiyor ve bu konuda hala çaba sarf etmemiz gerekiyor. İyi şeyler yapabiliriz, sanayileşebiliriz, bunu yapmalıyız.

Muhabir: Bazı üreticiler şu anda birçok ileri teknoloji alanında yerli yarı iletken cihaz üretiminin (cihaz verimliliği gibi) gereksinimleri karşılayamadığını söylüyor, neden? Bu sorunlar nasıl çözülür?

Hao Yue: Yüksek termal iletkenlik ve düşük kayıp, geniş bantlı yarı iletkenlerin doğal avantajlarıdır. Sorun şu ki, ürün geliştirmede bu avantajlardan tam olarak yararlanamadık. Örneğin, 4GHz frekansında 100W çıkış gücünde galyum nitrür, cihazın verimliliği %70'in üzerine çıkabilmektedir. Diğer malzemeler için %50'ye ulaşmak iyidir, yüksek verim malzemenin doğasına göre belirlenir. Galyum nitrür veya silisyum karbür olsun, geniş bant aralıklı yarı iletken verimliliği çok yüksektir. Ancak cihazların daha sonraki uygulamalarında her adımda malzeme kaybının düşük olmasını sağlamak çok önemlidir.

Örneğin silisyum karbür cihazlarda, ambalaj üretiminin tamamlanmasından sonra, mevcut temel cihaz paketlememizde başarısız oldu, cihaz özelliklerine uygun olarak ve yapılması gereken, hala yüksek güçlü silikon kapsülleme cihazları modunu benimsemek, dolayısıyla geniş bant aralıklı yarıiletkenin kaybı arttı, yüksek verimlilik ve düşük kayıp bu nedenle kapsüllemeydi, temel hiçbir etkisi yoktu. Bu sadece bir örnek ve teknolojinin benimsenmesi açısından yapılabilecek daha pek çok şey olduğunu düşünüyorum.

Muhabir: Eğer geniş bant aralıklı yarı iletken teknolojisi daha da popüler hale getirilirse, elektronik cihazların yüksek performansı, yüksek sıcaklık direnci ve uzun hizmet ömrü gibi üst düzey gereksinimlerini karşılayabilir mi?

Hao Yue: Tamamen çözülebileceğini düşünüyorum. Çünkü geniş bant aralıklı yarı iletkende cihaz geliştirme teknolojimiz ve göstergelerimiz temel olarak uluslararası ile senkronizedir, hatta bazı göstergeler önde gelmektedir. Sorun, bu teknolojilerin araştırma ve geliştirmeden üretime ne kadar hızlı geçebileceğidir. Şu anda pek çok yerli üreticinin kendisinde Ar-Ge yeteneği olmayıp, esas olan doktrinini almaktır. Örneğin, Xidian Üniversitesi'ndeki Geniş Bant Aralığı Yarı İletken Ulusal Mühendislik Araştırma Merkezimiz birçok yüksek indeksli malzeme ve cihaz teknolojisi geliştirmiştir. İlk başta üreticiler cihazı üretebildiler ancak bu temelde yenilik yapmak zordu. Ülkemiz, işletmelerin inovasyonun ana gövdesi olduğuna inanmaktadır. İşletmeler sadece teknolojiyi kullanıyor ama yenilik yapmıyorsa, teknoloji ne kadar iyi olursa olsun sürekli olarak üretici güçlere dönüşemez. Şu anda birçok işletmenin ARAŞTIRMA ve geliştirmeye yönelik yatırımları çok sınırlıdır ve araştırma ve geliştirmeye yapılan ana yatırım hala devlete bağlıdır.

Karşılaştırıldığında Intel, önde gelen yarı iletken şirketlerinin araştırma ve geliştirmelerine yılda 10 milyar dolardan fazla para harcıyor. Çinli işletmelerin inovasyon kapasitelerini geliştirmeleri ve aynı zamanda Ar-Ge yatırımlarını artırmanın yollarını bulmaları gerekiyor.

Muhabir: Üniversitelerin ve araştırma enstitülerinin ağırlıklı olarak makale yayımlama yoluyla değerlendirildiği anlaşılıyor. Bu değerlendirme sistemi üniversite ve sanayinin yakın işbirliği yapmasını zorlaştırabilir. Üniversite-işletme ittifakında okullar ve işletmeler sırasıyla hangi rolleri oynamalıdır?

Hao Yue: Üniversitelerin ve ulusal araştırma enstitülerinin araştırmaları dünya bilim ve teknolojisinin sınırlarını hedeflemelidir. Bunda hiç şüphe yok. Üniversitelerin ve araştırma enstitülerinin görevlerinden biri de olağan şeyleri keşfetmek ve sürekli yeni şeylerin peşinde olmaktır. Bu sadece Çin üniversiteleri için değil, dünya çapındaki üniversiteler için de geçerlidir. Bu nedenle özellikle akademik konferanslarda ve akademik dergilerde makale yayınlamaya önem verilmesinin doğru olduğunu düşünüyorum. Bilim adamları ve bilim insanları, bilim ve teknolojinin sınırlarıyla yüzleşmelidir ve bilim adamlarının misyonu daha yüksek hedeflerin peşinde koşmaktır.

Kolejlerin ve üniversitelerin bilimsel araştırma başarıları hızla gerçek üretici güçlere dönüştürülmeli mi? Kesinlikle öyle olduğunu düşünüyorum. Peki kolej ve üniversitelerin araştırma sonuçlarının gerçek üretkenliğe dönüştürülebilmesi nasıl sağlanacak? Profesörlerin şirketleri doğrudan yönetme eğilimi var ki bunun da sorgulanabilir olduğunu düşünüyorum. Bir profesörün hem teknolojik sınırlarla hem de temel ekonomik savaş alanıyla yüzleşmesi çok zordur.

Peki bu çelişkiler grubunu nasıl çözebiliriz? Bana göre işletmenin kendi ARAŞTIRMA ve geliştirme yeteneklerini geliştirmek için endüstri, üniversite ve araştırma kombinasyonuna güvenmek sorunun çözümünün anahtarıdır. Bu nedenle, inovasyonun ana gövdesi olarak işletmenin nasıl hayata geçirileceği, ortak çaba göstermemiz gereken bir şeydir.

Muhabir: Clarie ve Infineon gibi bazı büyük uluslararası şirketler, alt katmanlardan, cihazlardan uygulamalara kadar temel olarak tüm endüstri zincirini teknolojileriyle kapsıyor. Yerli işletmeler bu tür işletmelerle rekabet ediyorsa ve üst düzey alanda rekabet gücü oluşturmak istiyorsa ne yapmalıdır?

Hao Yue: Kerui şirketi, şirketin başlangıcında silisyum karbür yarı iletken malzemeler konusunda uzmanlaşmıştır, tamamen malzeme yapmaktadır. Malzeme büyüdükçe cihazlar, dikey yüksek güçlü mavi ledler ve ardından elektronikler yapılmaya başlandı. Infineon malzeme değil cihaz üretiyor. Ancak kendi alanlarında dünya lideri olduktan sonra yavaş yavaş sanayi zincirinde aşağı yukarı gelişmeye başladılar.

O yüzden işletmelerimize tavsiyem, yapabildiğimizi iyi yapmak, en iyisini yapmak, kusursuz yapmaktır. Bir işletme başlangıçta sanayi zincirini dikkate almamalıdır. Bir alan seçmeli, bunu en uç noktalara kadar yapmalı ve daha sonra yukarı ve aşağı doğru genişlemeyi düşünmelidir. Birinci sınıf malzeme ve cihazlara ulaşmak başlangıçta imkansızdır. Peki, kurumsal konumlandırmanın ne olduğu öncelikle açıklığa kavuşturulmalıdır.

Muhabir: Galyum nitrür ve silisyum karbür seri üretime geçti. Geniş bant aralıklı yarı iletken alanında geleceğe yönelik malzemeler nelerdir?

Hao Yue: Galyum nitrür ve silisyum karbürden daha geniş bant aralığına sahip olan ve 4.6~4.8 elektron volta ulaşan galyum oksitin en olası malzeme olduğunu düşünüyorum. Mevcut araştırmamız bu tür malzemelerin umut verici olduğunu gösteriyor.

Önümüzdeki on yılda, galyum oksit cihazlarının, tıpkı bugün silisyum karbür ve silikon güç cihazlarının olduğu gibi, silikon karbür cihazlarla doğrudan rekabet edecek rekabetçi güç elektroniği cihazları haline gelmesi muhtemeldir.

Sonraki araştırmaların ilerlemesine bağlı olarak galyum oksit şu anda mevcut değildir. Ayrıca elmas malzemenin bant aralığı 5.4 elektron volttur. Çin'de bu tür malzeme ve cihazların araştırma temeli çok iyi, ancak bu tür malzemelerde hala birçok teknik zorluk var ve sanayileşmesi oldukça zor, bu da önümüzdeki 10 yılda ne tür bir teknolojik atılım yapılacağına bağlı. yıllar. Yorulmadan çalıştığımızı söylemek doğru olur.

Yasal Uyarı: Bu makale "Çin Elektronik Haberleri"nden yeniden basılmıştır, bu makale yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil eder, Sakwei'nin ve sektörün görüşlerini temsil etmez, yalnızca yeniden basmak ve paylaşmak için, fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek için lütfen Orijinal kaynak ve yazar, ihlal varsa lütfen silmek için bizimle iletişime geçin.