მეხუთე თაობის ნახევარგამტარული მასალების პროგნოზები და გამოწვევები

ნახევარგამტარები ინფორმაციული ეპოქის ქვაკუთხედს წარმოადგენენ, რომლის თითოეული მატერიალური იტერაცია ადამიანური ტექნოლოგიების საზღვრებს ხელახლა განსაზღვრავს. პირველი თაობის სილიკონზე დაფუძნებული ნახევარგამტარებიდან დღევანდელი მეოთხე თაობის ულტრაფართო ზოლის მქონე მასალებამდე, ყოველმა ევოლუციურმა ნახტომმა ტრანსფორმაციული მიღწევები განაპირობა კომუნიკაციების, ენერგეტიკისა და გამოთვლების სფეროში. არსებული ნახევარგამტარული მასალების მახასიათებლებისა და თაობათაშორისი გადასვლის ლოგიკის ანალიზით, ჩვენ შეგვიძლია ვიწინასწარმეტყველოთ მეხუთე თაობის ნახევარგამტარების პოტენციური მიმართულებები და ამავდროულად შევისწავლოთ ჩინეთის სტრატეგიული გზები ამ კონკურენტულ არენაზე.

I. ნახევარგამტარული ოთხი თაობის მახასიათებლები და ევოლუციური ლოგიკა

პირველი თაობის ნახევარგამტარები: სილიკონ-გერმანიუმის ფონდის ერა

მახასიათებლები: ელემენტარული ნახევარგამტარები, როგორიცაა სილიციუმი (Si) და გერმანიუმი (Ge), გვთავაზობენ ეკონომიურობას და მოძველებულ წარმოების პროცესებს, თუმცა განიცდიან ვიწრო ზოლურ უფსკრულს (Si: 1.12 eV; Ge: 0.67 eV), რაც ზღუდავს ძაბვის ტოლერანტობას და მაღალსიხშირულ მუშაობას.
გამოყენება: ინტეგრირებული სქემები, მზის ელემენტები, დაბალი ძაბვის/დაბალი სიხშირის მოწყობილობები.
გარდამავალი მამოძრავებელი ფაქტორი: ოპტოელექტრონიკაში მაღალი სიხშირის/მაღალი ტემპერატურის მუშაობისადმი მზარდმა მოთხოვნამ სილიკონის შესაძლებლობებს გადააჭარბა.

მეორე თაობის ნახევარგამტარები: III-V ნაერთის რევოლუცია

მახასიათებლები: III-V ნაერთები, როგორიცაა გალიუმის არსენიდი (GaAs) და ინდიუმის ფოსფიდი (InP), ხასიათდებიან უფრო ფართო ზონური უფსკრულით (GaAs: 1.42 eV) და მაღალი ელექტრონული მობილურობით რადიოსიხშირული და ფოტონური აპლიკაციებისთვის.
გამოყენება: 5G RF მოწყობილობები, ლაზერული დიოდები, თანამგზავრული კომუნიკაციები.
გამოწვევები: მასალების სიმწირე (ინდიუმის სიჭარბე: 0.001%), ტოქსიკური ელემენტები (დარიშხანი) და წარმოების მაღალი ხარჯები.
გარდამავალი მამოძრავებელი ფაქტორი: ენერგია/სიმძლავრის აპლიკაციები მოითხოვდა მასალებს უფრო მაღალი დაშლის ძაბვით.

მესამე თაობის ნახევარგამტარები: ფართო ზოლის ენერგეტიკული რევოლუცია

მახასიათებლები: სილიციუმის კარბიდი (SiC) და გალიუმის ნიტრიდი (GaN) უზრუნველყოფენ >3 eV ზოლურ უფსკრულს (SiC: 3.2 eV; GaN: 3.4 eV), უმაღლესი თბოგამტარობით და მაღალი სიხშირის მახასიათებლებით.
გამოყენება: ელექტრომობილების ძრავები, ფოტოელექტრული ინვერტორები, 5G ინფრასტრუქტურა.
უპირატესობები: 50%-ზე მეტი ენერგიის დაზოგვა და ზომის 70%-ით შემცირება სილიკონთან შედარებით.
გარდამავალი მამოძრავებელი ფაქტორი: ხელოვნური ინტელექტი/კვანტური გამოთვლები მოითხოვს ექსტრემალური შესრულების მეტრიკის მქონე მასალებს.

მეოთხე თაობის ნახევარგამტარები: ულტრაფართო ზოლის საზღვარი

მახასიათებლები: გალიუმის ოქსიდი (Ga₂O₃) და ბრილიანტი (C) აღწევენ 4.8 eV-მდე ზოლურ ინტერვალს, რაც აერთიანებს ულტრადაბალ ჩართვის წინაღობას kV კლასის ძაბვის ტოლერანტობასთან.
გამოყენება: ულტრამაღალი ძაბვის ინტეგრალური სქემები, ღრმა ულტრაიისფერი დეტექტორები, კვანტური კომუნიკაცია.
გარღვევა: Ga₂O₃ მოწყობილობები უძლებენ >8 კვ ძაბვას, რაც სამჯერ ზრდის SiC-ის ეფექტურობას.
ევოლუციური ლოგიკა: ფიზიკური შეზღუდვების დასაძლევად საჭიროა კვანტური მასშტაბის შესრულების ნახტომები.

I. მეხუთე თაობის ნახევარგამტარული ტენდენციები: კვანტური მასალები და 2D არქიტექტურა

პოტენციური განვითარების ვექტორები მოიცავს:

1. ტოპოლოგიური იზოლატორები: ზედაპირული გამტარობა მოცულობითი იზოლაციით უზრუნველყოფს ნულოვანი დანაკარგის მქონე ელექტრონიკას.

2. 2D მასალები: გრაფენი/MoS₂ გვთავაზობს THz სიხშირის რეაგირებას და მოქნილ ელექტრონიკურ თავსებადობას.

3. კვანტური წერტილები და ფოტონური კრისტალები: ზოლური უფსკრულის ინჟინერია ოპტოელექტრონულ-თერმულ ინტეგრაციას უზრუნველყოფს.

4. ბიო-ნახევარგამტარები: დნმ-ის/ცილების ბაზაზე დამზადებული თვითაწყობადი მასალები ბიოლოგიასა და ელექტრონიკას აკავშირებს.

5. ძირითადი მამოძრავებელი ფაქტორები: ხელოვნური ინტელექტი, ტვინ-კომპიუტერის ინტერფეისები და ოთახის ტემპერატურის ზეგამტარობის მოთხოვნები.

II. ჩინეთის ნახევარგამტარული შესაძლებლობები: მიმდევრიდან ლიდერამდე

1. ტექნოლოგიური მიღწევები
• მე-3 თაობა: 8 დიუმიანი SiC სუბსტრატების მასობრივი წარმოება; საავტომობილო დონის SiC MOSFET-ები BYD-ის მანქანებში
• მე-4 თაობა: XUPT-ისა და CETC46-ის მიერ 8 დიუმიანი Ga₂O₃ ეპიტაქსიის გარღვევა

2. პოლიტიკის მხარდაჭერა
• მე-14 ხუთწლიანი გეგმა პრიორიტეტს ანიჭებს მესამე თაობის ნახევარგამტარებს
• პროვინციული ასი მილიარდი იუანის სამრეწველო ფონდების შექმნა

• 6-8 დიუმიანი GaN მოწყობილობები და Ga₂O₃ ტრანზისტორები 2024 წლის 10 საუკეთესო ტექნოლოგიურ მიღწევას შორის შეტანილი ეტაპები

III. გამოწვევები და სტრატეგიული გადაწყვეტილებები

1. ტექნიკური შეფერხებები
• კრისტალების ზრდა: დაბალი მოსავლიანობა დიდი დიამეტრის ბულების შემთხვევაში (მაგ., Ga₂O₃ კრეკინგისთვის)
• საიმედოობის სტანდარტები: მაღალი სიმძლავრის/მაღალი სიხშირის დაბერების ტესტებისთვის დადგენილი პროტოკოლების ნაკლებობა

2. მიწოდების ჯაჭვის ხარვეზები
• აღჭურვილობა: <20% ადგილობრივი შემცველობა SiC კრისტალების მწარმოებლებისთვის
• ადაპტაცია: იმპორტირებული კომპონენტებისთვის უპირატესობა ქვედა დინამიკაში

3. სტრატეგიული გზები

• ინდუსტრიასა და აკადემიურ წრეებს შორის თანამშრომლობა: „მესამე თაობის ნახევარგამტარული ალიანსის“ მოდელის მიხედვით

• ნიშური ფოკუსი: კვანტური კომუნიკაციების/ახალი ენერგეტიკული ბაზრების პრიორიტეტულობა

• ნიჭის განვითარება: „ჩიპური მეცნიერებისა და ინჟინერიის“ აკადემიური პროგრამების დანერგვა

სილიკონიდან Ga₂O₃-მდე, ნახევარგამტარების ევოლუცია ასახავს კაცობრიობის ტრიუმფს ფიზიკურ შეზღუდვებზე. ჩინეთის შესაძლებლობა მეოთხე თაობის მასალების დაუფლებასა და მეხუთე თაობის ინოვაციების პიონერად დამკვიდრებაში მდგომარეობს. როგორც აკადემიკოსმა იანგ დერენმა აღნიშნა: „ჭეშმარიტი ინოვაცია მოითხოვს გაუკვალავ გზებს“. პოლიტიკის, კაპიტალისა და ტექნოლოგიების სინერგია განსაზღვრავს ჩინეთის ნახევარგამტარების ბედს.

XKH ჩამოყალიბდა, როგორც ვერტიკალურად ინტეგრირებული გადაწყვეტილებების მიმწოდებელი, რომელიც სპეციალიზირებულია მოწინავე ნახევარგამტარული მასალების წარმოებაში სხვადასხვა ტექნოლოგიურ თაობებში. ძირითადი კომპეტენციებით, რომლებიც მოიცავს კრისტალების ზრდას, ზუსტ დამუშავებას და ფუნქციურ საფარის ტექნოლოგიებს, XKH აწვდის მაღალი ხარისხის სუბსტრატებსა და ეპიტაქსიურ ვაფლებს ენერგიის ელექტრონიკის, რადიოსიხშირული კომუნიკაციებისა და ოპტოელექტრონული სისტემების უახლესი აპლიკაციებისთვის. ჩვენი წარმოების ეკოსისტემა მოიცავს საკუთრების პროცესებს 4-8 დიუმიანი სილიციუმის კარბიდის და გალიუმის ნიტრიდის ვაფლების წარმოებისთვის ინდუსტრიაში წამყვანი დეფექტების კონტროლით, ამავდროულად ინარჩუნებს აქტიურ კვლევისა და განვითარების პროგრამებს ახალ ულტრაფართო ზოლის მასალებში, მათ შორის გალიუმის ოქსიდსა და ალმასის ნახევარგამტარებში. წამყვან კვლევით ინსტიტუტებთან და აღჭურვილობის მწარმოებლებთან სტრატეგიული თანამშრომლობის გზით, XKH-მ შეიმუშავა მოქნილი წარმოების პლატფორმა, რომელსაც შეუძლია მხარი დაუჭიროს როგორც სტანდარტიზებული პროდუქტების დიდი მოცულობის წარმოებას, ასევე მორგებული მასალის გადაწყვეტილებების სპეციალიზებულ განვითარებას. XKH-ის ტექნიკური ექსპერტიზა ფოკუსირებულია ინდუსტრიის კრიტიკული გამოწვევების მოგვარებაზე, როგორიცაა ენერგიის მოწყობილობებისთვის ვაფლის ერთგვაროვნების გაუმჯობესება, რადიოსიხშირული აპლიკაციების თერმული მართვის გაუმჯობესება და ახალი თაობის ფოტონური მოწყობილობებისთვის ახალი ჰეტეროსტრუქტურების შემუშავება. მოწინავე მასალათმცოდნეობისა და ზუსტი ინჟინერიის შესაძლებლობების შერწყმით, XKH მომხმარებლებს საშუალებას აძლევს გადალახონ მაღალი სიხშირის, მაღალი სიმძლავრის და ექსტრემალური გარემოს პირობებში მუშაობის შეზღუდვები, ამავდროულად, მხარს უჭერს ადგილობრივი ნახევარგამტარული ინდუსტრიის გადასვლას მიწოდების ჯაჭვის უფრო დიდი დამოუკიდებლობისკენ.

ქვემოთ მოცემულია XKH-ის 12 დიუმიანი საფირონის ვაფლი და 12 დიუმიანი SiC სუბსტრატი: