Viện sĩ 炓: Chất bán dẫn thế hệ thứ ba mở ra cơ hội phát triển mới

Tương tự, Nhu cầu phát triển ngành công nghệ thông tin và điện tử đã thúc đẩy sự phát triển của vật liệu và công nghệ bán dẫn.

Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba và ứng dụng của chúng

Chất bán dẫn thế hệ thứ ba có nghĩa là GaN, SiC Đối với đại diệnVật liệu bán dẫn cấm rộng, Nó tiếp tục 20 Thế kỷ 50 Niên đại Ge, Si Chất bán dẫn thế hệ đầu tiên và 70 Niên đại GaAs, InP Sau thế hệ bán dẫn thứ hai đại diện cho 90 Vật liệu bán dẫn cấm rộng mới được phát triển theo niên đại, Tức là chiều rộng cấm rõ ràng lớn hơn Si (1. 12 eV) Và GaAs (1. 43 eV) Vật liệu bán dẫn, Thường được định nghĩa làChiều rộng cấm lớn hơn 2 eV Vật liệu.

Hiện nay đang được quan tâm 3 Vật liệu lớp: (1) III Chất bán dẫn NitrideBao gồm GaN (3. 4 eV) , InN (0. 7 eV) Và AlN (6. 2 eV) và vật liệu hợp kim giải pháp của nó; (2) Băng cấm rộng IV Hợp chất gia đìnhcủa SiC (2. 4~3. 1 eV) và phim kim cương (5. 5 eV) Chất liệu; (3) Chất bán dẫn oxit cấm rộngBao gồm Zn Chất bán dẫn oxit gốc (2. 8~4. 0 eV) của ZnO, ZnMgO, ZnCdO Vật liệu và Gallium Oxide (β-Ga₂O₃, 4. 9 eV) . Trong đó GaN, SiC Vật liệu đã được sử dụng thành công trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.

TrongLĩnh vực quang điện tử, Dựa trên GaN, InN, AlN Đặc tính quang điện tuyệt vời của khe năng lượng trực tiếp đầy đủ các thành phần của hợp kim dung dịch rắn mà nó hình thành, Phát triểnNguồn sáng phát sáng trạng thái rắn hiệu quả caoVàThiết bị phát hiện UV trạng thái rắn, lấp đầy khoảng trống trong công nghệ quang điện tử bán dẫn bước sóng ngắn, Ánh sáng trắng được bật lên, Ngoài ánh sáng, Màu sắc đầy đủ LED Hiển thị và phát hiện UV trạng thái rắn Kỷ nguyên mới, Gần 20 Nhiều năm phát triển, Công nghệ ngày càng trưởng thành, Ngành công nghiệp phát triển mạnh, Lấy được rất nhiềuKhoa học, Lợi ích kinh tế và xã hội, 2019 Quy mô thị trường hàng năm đạt 6388 100 triệu đô.

TrongLĩnh vực điện tử, Dựa trên GaN, SiC Khe hở băng thông rộng, Tốc độ bão hòa electron cao, Điện trường phá vỡ cao, Đặc tính điện tử vật liệu vượt trội như độ dẫn nhiệt cao và hằng số điện môi thấp, Phát triển hiệu quả năng lượng cao, Tiêu thụ điện năng thấp, Hiệu suất cực cao và chịu được môi trường khắc nghiệtThiết bị RF vi sóng thế hệ mới (GaN) VàThiết bị điện tử công suất (SiC, GaN) .

GaN Thiết bị RFVới GaAs So sánh, Với điện áp làm việc cao hơn, Công suất cao hơn, Hiệu quả cao hơn, Mật độ công suất cao, Nhiệt độ hoạt động cao hơn và khả năng chống bức xạ cao hơn.

Thiết bị điện tử công suấtVới Si So sánh, Với điện áp làm việc cao hơn, Mật độ công suất cao, Tần số làm việc cao, Điện trở trạng thái thấp, Dòng rò rỉ ngược cực thấp và chịu nhiệt độ cao, Đặc tính chống chiếu xạ.

Cơ hội mới cho kỷ nguyên cơ sở hạ tầng mới

Hiện tại, Trung Quốc đang phát huy sức mạnh thực thi 5G Truyền thông, Mạng lưới vạn vật, Dữ liệu lớn, Điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạoCông nghệ thông tin thế hệ mớiVà mạng lưới xe, Mạng công nghiệp, Sản xuất thông minh, Năng lượng thông minh, Thành phố thông minh, Sức khỏe, Các ngành công nghiệp thẳng đức như giao thông đường sắt, v. v. chuyển đổi nâng cấp phát triểnXây dựng cơ sở hạ tầng kiểu mới (Cơ sở hạ tầng mới) , Thúc đẩy phát triển sáng tạo kinh tế - xã hội của Trung Quốc, Phát triển chất lượng cao.

5G Nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng mới của thời đạiLực kéo, Trở thành chất bán dẫn thế hệ thứ ba 21 Đầu thế kỷ này, phù hợp với nhu cầu chiến lược phát triển năng lượng và môi trường của thế giới LED Sau cơ hội phát triển đặc trưng của ngành công nghiệp chiếu sáng bán dẫn, Lại chào đón đặc trưng của ngành công nghiệp công nghệ điện tử bán dẫn thế hệ thứ baCơ hội phát triển mới.

Công nghệ điện tử bán dẫn thế hệ thứ baHiệu quả năng lượng cao, Tiêu thụ điện năng thấp, Hiệu suất cực caoVàChịu được môi trường khắc nghiệtLợi thế không thể thay thế trong hai lĩnh vực tần số vô tuyến vi sóng và điện tử công suất 5G Phát triển công nghệ thông tin, Cơ sở hạ tầng mới phát huy vai trò hỗ trợ quan trọng từ tầng dưới cùng của công nghệ.

Thiết bị RFĐây là thành phần cơ bản của công nghệ RF, nhưkhuếch đại công suất RF, Công tắc RF hoạt độngVàNguồn điện RFVới triển vọng ứng dụng rộng rãi.

GaN Thiết bị RFVượt qua silicon truyền thốngHướng khuếch tán kim loại oxit bán dẫn (Si-LDMOS) Và GaAs So sánh thiết bị, VớiĐiện áp làm việc cao hơn, Công suất cao hơn, Hiệu quả cao hơn, Mật độ công suất cao, Nhiệt độ hoạt động cao hơn và khả năng chống bức xạ cao hơnLợi thế, Hỗ trợ thực hiện cơ sở hạ tầng mới, Radar cao cấp, Đối kháng điện tử, Các ứng dụng thiết bị điện tử quân sự như dẫn đường và thông tin không gian, v. v 5G Trạm gốc, Mạng lưới vạn vật, Trang chủ, Xe không người lái mmWave Radar, Trí tuệ nhân tạo và các lĩnh vực dân sự rộng lớn như nguồn điện RF trạng thái rắn chung, Mở rộng thị trường điện tử tiêu dùng khổng lồ, Dự kiếnĐịnh hình lại bối cảnh mới cho sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ RF.

Ví dụ, GaNThiết bị RF như5GTrạm gốc RF Power Amplifier (PA) Thiết bị cốt lõi, Giải quyết hệ thống thông tin trạm cơ sởNút thắt tiêu thụ năng lượng lớn, Kích hoạtGaNNhu cầu thiết bị RF bùng nổ.

5G Làm việc băng tần cao của trạm Hongki, Mất mát lớn, Khoảng cách truyền dẫn ngắn, 5G Trạm cơ sở phải đạt tới 4G Cùng một mục tiêu với tín hiệu, Sẽ cần 4G Số lượng trạm cơ sở 3~4 Nhân đôi (Trung Quốc hiện nay 4G Trạm gốc 445 Vạn) , 5G Trạm cơ sở sử dụng công nghệ ăng ten mảng quy mô lớn để tăng dung lượng mạng (MIMO) , 64 Kênh MIMO Trạm cơ sở đơn cho ăng ten mảng PA Nhu cầu gần 200 Một, Do đó 5G Mức tiêu thụ điện của trạm cơ sở là 4G của 3~4 Nhân đôi, 5G Mức tiêu thụ năng lượng tổng thể của trạm cơ sở sẽ là 4G của 9 Gấp nhiều lần.

Do đó, GaN Thiết bị RF với lợi thế không thể thay thế của nó trở thành 5G Trạm gốc PA Sự lựa chọn tất yếu, Cũng vậy 4G Trạm gốc PA Hướng chính để nâng cấp; Việc thực hiện cơ sở hạ tầng mới là GaN Thiết bị tần số vô tuyến tiên phong trong lĩnh vực radarKịch bản ứng dụng dân sự rộng lớn.

GaN Radar sóng milimet cóKích thước nhỏ, Chất lượng nhẹ và độ phân giải cao và khói xuyên thấu, Sương mù, Khả năng bụi mạnh, Đặc điểm của khoảng cách truyền dẫn xa, Sẽ được nối mạng trong xe, Mạng lưới vạn vật, Sản xuất thông minh, Nhiều lĩnh vực như xã hội thông minh được ứng dụng rộng rãi, Ví dụ 77 GHz Tần số GaN Radar sóng milimet hoạt động như một máy dò từ xa cho xe tự lái, Để nhận biết chính xác các chướng ngại vật xung quanh, Để phanh khẩn cấp tự động, Hành trình thích nghi, Cảnh báo va chạm phía trướcChức năng của Active Security Area.

Thiết bị điện tử công suất VângBiến đổi năng lượng điện, Quản lýThiết bị cốt lõi, Hiệu quả năng lượng của thiết bị quyết định hệ thống điện tử, Tiêu thụ năng lượng cao và thấp của thiết bị và sản phẩm, Kích thước khối lượng và khối lượng, Chi phí và độ tin cậy cao và độ bền của thiết bị đầu cuối di động thông minh.

Nhu cầu ngày càng tăng đối với các thiết bị điện tử công suất cho các hệ thống hoặc thiết bị điện tử hiện đại, Không chỉ yêu cầuMật độ công suất cao hơnVàHiệu quả năng lượng cao hơnVà yêu cầu phải cóTính năng cực caoVàKháng môi trường khắc nghiệt, Truyền thống Si Hiệu quả chuyển đổi điện tử thấp hơn, với chi phí năng lượng khổng lồ, Và các thiết bị hoạt động như chặn điện áp, Tần số chuyển đổi, Hiệu quả chuyển đổi và độ tin cậy tăng dần Si Giới hạn vật lý vật liệu, Đối mặt với thách thức nghiêm trọng.

SiC, GaN Thiết bị điện tử vượt trội Si Đặc tính tuyệt vời của thiết bị, Thỏa mãn 5G Nhu cầu mới trong lĩnh vực cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin, Giải pháp Data Center, Các cơ sở hạ tầng thông tin như trạm không dây, v. v. đối mặt với các cổ chai tiêu thụ năng lượng lớn và hỗ trợ IT Triển khai thiết bị đầu cuối thông minh di độngThu nhỏ, Trọng lượng nhẹ, Và nâng cao khả năng bay, Hỗ trợ xe năng lượng mới, Năng lượng thông minh, Giao thông đường sắt, Sản xuất thông minh ETCPhát triển công nghiệp trong lĩnh vực ứng dụng lợi thế xây dựng cơ sở hạ tầng mớiNhu cầu khẩn cấp.

SiC, GaN điện tử vì nóSự khác biệt về tài sản điện vật liệuThích hợp cho các tình huống ứng dụng điện khác nhau: SiC Thiết bị điện áp cao, Kiểm soát điện năng cao, Những thứ như xe năng lượng mới và cơ sở hạ tầng sạc và thiết bị biến tần năng lượng mới và hệ thống năng lượng thông minh.

Theo dữ liệu thử nghiệm, Xe sử dụng năng lượng mới SiC Biến tần của mô-đun điện có thể làm giảm tổn thất chuyển đổi 75% (Nhiệt độ chip 215℃) , Kích thước biến tần giảm 43%, Giảm chất lượng 6 kg, Giữ khoảng cách liên tục của xeTăng 20%~30%.

Trung Quốc lớn nhất thế giớiXe năng lượng mớiThị trường, 2019 Doanh số bán xe năng lượng mới của Trung Quốc 116 Vạn chiếc, Chiếm lĩnh toàn cầu 54%, Thị trường thiết bị điện xe hơi tăng trưởng rất lớn, Đối với SiC Công nghiệp điện tử và mô-đun mang lạiKhông gian phát triển rộng lớn; GaN Thiết bị công suất áp dụng cho điện áp thấp, Kiểm soát điện tần số cao, Đối mặt với lĩnh vực điện tử tiêu dùng có triển vọng ứng dụng cực kỳ rộng lớn.

Đặc biệt là dựa trên tần suất làm việc cao, Mất động nhỏ, Điện trở thấp và chịu nhiệt độ cao, Hiệu suất tuyệt vời với lượng nhiệt thấp, Hoàn hảo nhưỨng dụng chuyển mạch điện, Cung cấp cho một loạt các thiết bị đầu cuối điện tử tiêu dùng hiện đạiCung cấp năng lượng xanh hiệu quả cao.

Ví dụ như bộ sạc nhanh bộ điều hợp nguồn, Giải pháp Si Thiết bị thực hiện sạc nhanh phải đối mặt với mâu thuẫn về tăng công suất và tăng khối lượng, Làm mất điện năng và kích thướcGiảm mạnh 50%, Không chỉ giảm thời gian sạc điện thoại, Nâng cao hiệu quả khả năng liên tục, Và hy vọng sẽ có điện thoại di động, Máy tính bảng, Máy chơi game, AR Kính, VR Mũ bảo hiểm và các loại khácTất cả trong một sạc thiết bị đầu cuối di động, Hỗ trợ có thể mang theo IT Phát triển sản phẩm Terminal, Trở thành hiện tại GaN Phát triển công nghiệp điện tử, Dự kiến 2025 Năm toàn cầu GaN Thị trường sản phẩm nhanh sẽ đạt 600 Hàng tỷ đô.

GaN Thiết bị điện và SiC So sánh, Chuyển đổi nhanh hơn, Điện trở trạng thái thấp hơn, Mất lái xe ít hơn, Hiệu quả chuyển đổi cao hơn, Sốt thấp hơn, Và Si Cơ sở GaN Thiết bị có lợi thế chi phí thấp hơn, Do đó GaN Công nghệ điện tử không chỉ rộng rãiLĩnh vực điện tử tiêu dùng, Xây dựng các loại cơ sở mớiCảnh áp dụng áp suất trung bình và thấpTrong đó có triển vọng ứng dụng cực kỳ rộng rãi.

Viễn cảnh

Trong 5G Thời đại công nghệ thông tin, Chất bán dẫn thế hệ thứ ba mở ra cơ hội phát triển mới, Triển khai xây dựng cơ sở hạ tầng mới giúp phát triển ngành bán dẫn thế hệ thứ ba bước vào giai đoạn cửa sổ vàng, Có một sự phát triển tốt, Có triển vọng từng bước thực hiệnTự điều khiển, An toàn và bảo mậtHệ thống công nghiệp bán dẫn thế hệ thứ ba, Với thế hệ đầu tiên, Semiconductor thế hệ thứ haiBổ sung lợi thế, Hỗ trợ cộng tácPhát triển sáng tạo công nghệ thông tin thế hệ mới, Hỗ trợ phát triển kinh tế xã hội chất lượng cao của Trung Quốc trong thời kỳ mới.