ለአምስተኛው ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ትንበያዎች እና ተግዳሮቶች

ሴሚኮንዳክተሮች የመረጃ ዘመን መሠረት ሆነው ያገለግላሉ፣ እያንዳንዱ የቁሳቁስ ድግግሞሽ የሰውን ቴክኖሎጂ ወሰኖች እንደገና ይገልፃል። ከመጀመሪያው ትውልድ ሲሊኮን ላይ ከተመሰረቱ ሴሚኮንዳክተሮች እስከ ዛሬው አራተኛ ትውልድ እጅግ ሰፊ የባንድ ክፍተት ቁሳቁሶች ድረስ፣ እያንዳንዱ የዝግመተ ለውጥ ዝላይ በመገናኛ፣ በኢነርጂ እና በኮምፒውተር ውስጥ የለውጥ እድገቶችን አስከትሏል። የነባር ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ባህሪያትን እና የትውልድ ሽግግር አመክንዮ በመተንተን፣ በዚህ የውድድር መድረክ የቻይናን ስትራቴጂካዊ መንገዶች ስንቃኝ ለአምስተኛው ትውልድ ሴሚኮንዳክተሮች ሊሆኑ የሚችሉ አቅጣጫዎችን መተንበይ እንችላለን።

I. የአራት ሴሚኮንዳክተር ትውልዶች ባህሪያት እና የዝግመተ ለውጥ አመክንዮ

የመጀመሪያው ትውልድ ሴሚኮንዳክተሮች፡ የሲሊኮን-ጀርማኒየም ፋውንዴሽን ዘመን

ባህሪያት፡- እንደ ሲሊከን (ሲ) እና ጀርማኒየም (ጂ) ያሉ ኤሌሜንታል ሴሚኮንዳክተሮች ወጪ ቆጣቢ እና የበሰለ የማኑፋክቸሪንግ ሂደቶችን ይሰጣሉ፣ ነገር ግን ጠባብ ባንድ ክፍተት (ሲ፡ 1.12 eV፤ Ge: 0.67 eV) ያላቸው ሲሆን ይህም የቮልቴጅ መቻቻልን እና ከፍተኛ ድግግሞሽ አፈጻጸምን ይገድባል።
አፕሊኬሽኖች፡ የተዋሃዱ ሰርክዩቶች፣ የፀሐይ ሴሎች፣ ዝቅተኛ ቮልቴጅ/ዝቅተኛ ድግግሞሽ መሳሪያዎች።
የሽግግር አንቀሳቃሽ፡ በኦፕቶኤሌክትሮኒክስ ውስጥ ለከፍተኛ ድግግሞሽ/ከፍተኛ ሙቀት አፈጻጸም ያለው ፍላጎት እየጨመረ የመጣ ሲሆን ይህም የሲሊኮንን አቅም በልጧል።

የሁለተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተሮች፡ የ III-V ውህድ አብዮት

ባህሪያት፡- እንደ ጋሊየም አርሴናይድ (GaAs) እና ኢንዲየም ፎስፊድ (InP) ያሉ III-V ውህዶች ሰፋ ያለ ባንድጋፕስ (GaAs: 1.42 eV) እና ለRF እና ለፎቶኒክ አፕሊኬሽኖች ከፍተኛ የኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት አላቸው።
አፕሊኬሽኖች፡ 5ጂ አርኤፍ መሳሪያዎች፣ የሌዘር ዳዮዶች፣ የሳተላይት ግንኙነቶች።
ተግዳሮቶች፡ የቁሳቁስ እጥረት (የኢንዲየም ብዛት፡ 0.001%)፣ መርዛማ ንጥረ ነገሮች (አርሴኒክ) እና ከፍተኛ የምርት ወጪዎች።
የሽግግር ነጂ፡- ከፍተኛ የብልሽት ቮልቴጅ ያላቸው የኃይል/የኃይል አፕሊኬሽኖች የሚያስፈልጉ ቁሳቁሶች።

የሶስተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተሮች፡ ሰፊ የባንድ ክፍተት ኢነርጂ አብዮት

ባህሪያት፡- ሲሊከን ካርቦይድ (SiC) እና ጋሊየም ናይትራይድ (GaN) ከ3eV (SiC:3.2eV፤ GaN:3.4eV) የባንድ ክፍተቶችን ያመጣሉ፣ ይህም ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ እና ከፍተኛ ድግግሞሽ ባህሪያት አሉት።
አፕሊኬሽኖች፡ የኢቪ ፓወርትራይንስ፣ የPV ኢንቨርተሮች፣ የ5ጂ መሠረተ ልማት።
ጥቅሞች፡ ከሲሊኮን ጋር ሲነጻጸር ከ50% በላይ የኃይል ቁጠባ እና 70% የመጠን ቅነሳ።
የሽግግር አሽከርካሪ፡ የAI/quantum ኮምፒውቲንግ ከፍተኛ የአፈጻጸም መለኪያዎችን የያዙ ቁሳቁሶችን ይፈልጋል።

የአራተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተሮች፡ እጅግ ሰፊ የባንድጋፕ ፍሮንተር

ባህሪያት፡ ጋሊየም ኦክሳይድ (Ga₂O₃) እና አልማዝ (C) እስከ 4.8eV የሚደርስ የባንድ ክፍተቶችን ያስገኛሉ፣ ይህም እጅግ በጣም ዝቅተኛ የሆነ የኦን-ሲቲ ተቃውሞን ከ kV-class ቮልቴጅ መቻቻል ጋር ያጣምራል።
አፕሊኬሽኖች፡ እጅግ በጣም ከፍተኛ ቮልቴጅ ያላቸው አይሲዎች፣ ጥልቅ-UV መመርመሪያዎች፣ የኳንተም ግንኙነት።
ግኝቶች፡ የGa₂O₃ መሳሪያዎች ከ8kV በላይ መቋቋም የሚችሉ ሲሆን የSiCን ውጤታማነት በሦስት እጥፍ ያሳድጋሉ።
የዝግመተ ለውጥ አመክንዮ፡- የኳንተም-ልኬት የአፈጻጸም መዝለሎች አካላዊ ገደቦችን ለማሸነፍ ያስፈልጋሉ።

I. የአምስተኛው ትውልድ ሴሚኮንዳክተር አዝማሚያዎች፡ የኳንተም ቁሳቁሶች እና 2D አርክቴክቸር

ሊሆኑ የሚችሉ የልማት ቬክተሮች የሚከተሉትን ያካትታሉ:

1. ቶፖሎጂካል ኢንሱሌተሮች፡- የጅምላ ኢንሱሌሽን ያለው የገጽታ ማስተላለፊያ ዜሮ-ኪሳራ ኤሌክትሮኒክስን ያስችላል።

2. ባለ 2-ልኬት ቁሳቁሶች፡ ግራፊን/ሞኤስ₂ የTHZ-ድግግሞሽ ምላሽ እና ተለዋዋጭ የኤሌክትሮኒክስ ተኳሃኝነትን ይሰጣሉ።

3. የኳንተም ዶትስ እና የፎቶኒክ ክሪስታሎች፡ የባንድጋፕ ምህንድስና የኦፕቶኤሌክትሮኒክ-ሙቀት ውህደትን ያስችላል።

4. ባዮ-ሴሚኮንዳክተሮች፡- በዲኤንኤ/ፕሮቲን ላይ የተመሰረቱ ራስን የሚገጣጠሙ ቁሳቁሶች ባዮሎጂን እና ኤሌክትሮኒክስን ያገናኛሉ።

5. ቁልፍ አንቀሳቃሾች፡- የአዕምሮ-ኮምፒውተር በይነገጾች፣ እና የክፍል-ሙቀት ሱፐርኮንዳክቲቭነት ፍላጎቶች።

II. የቻይና ሴሚኮንዳክተር እድሎች፡ ከተከታይ ወደ መሪ

1. የቴክኖሎጂ ግኝቶች
• 3ኛ ትውልድ፡ የ8 ኢንች SiC ንጣፎችን በብዛት ማምረት፤ በBYD ተሽከርካሪዎች ውስጥ በአውቶሞቲቭ ደረጃ SiC MOSFETs
• አራተኛው ትውልድ፡ 8-ኢንች Ga₂O₃ ኤፒታክሲ ግኝቶች በXUPT እና CETC46

2. የፖሊሲ ድጋፍ
• 14ኛው የአምስት ዓመት ዕቅድ ለሶስተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተሮች ቅድሚያ ይሰጣል
• የክልል መቶ ቢሊዮን ዩዋን የኢንዱስትሪ ፈንዶች ተቋቋመ

• ከ6-8 ኢንች የGaN መሳሪያዎች እና የGa₂O₃ ትራንዚስተሮች በ2024 ከፍተኛ 10 የቴክኖሎጂ እድገቶች ውስጥ ተዘርዝረዋል

III. ተግዳሮቶች እና ስትራቴጂካዊ መፍትሄዎች

1. የቴክኒክ መዘናጋት
• የክሪስታል እድገት፡- ለትላልቅ ዲያሜትር ያላቸው ቦልሶች (ለምሳሌ፣ Ga₂O₃ ስንጥቅ) ዝቅተኛ ምርት
• የአስተማማኝነት ደረጃዎች፡- ለከፍተኛ ኃይል/ከፍተኛ ድግግሞሽ የእርጅና ሙከራዎች የተቋቋሙ ፕሮቶኮሎች እጥረት

2. የአቅርቦት ሰንሰለት ክፍተቶች
• መሳሪያዎች፡ ለሲሲ ክሪስታል አምራቾች ከ20% በታች የሀገር ውስጥ ይዘት
• ጉዲፈቻ፡ ከውጭ ለሚመጡ ክፍሎች የታችኛው ምርጫ

3. ስትራቴጂካዊ መንገዶች

• የኢንዱስትሪ-አካዳሚ ትብብር፡- ከ"ሦስተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተር አሊያንስ" ጋር የተቀረጸ

• ልዩ ትኩረት፡- የኳንተም ኮሙኒኬሽን/አዳዲስ የኢነርጂ ገበያዎች ቅድሚያ መስጠት

• የተሰጥኦ ልማት፡- “የቺፕ ሳይንስ እና ኢንጂነሪንግ” የትምህርት ፕሮግራሞችን ማቋቋም

ከሲሊኮን እስከ Ga₂O₃፣ የሴሚኮንዳክተር ዝግመተ ለውጥ የሰው ልጅ በአካላዊ ገደቦች ላይ ያለውን ድል ይተርካል። የቻይና እድል የሚገኘው የአራተኛ ትውልድ ቁሳቁሶችን በመቆጣጠር ሲሆን የአምስተኛ ትውልድ ፈጠራዎችን በማቅናት ነው። የአካዳሚክ ሊቅ ያንግ ዴረን እንዳመለከቱት፡- “እውነተኛ ፈጠራ ያልተጓዙ መንገዶችን መፍጠርን ይጠይቃል።” የፖሊሲ፣ የካፒታል እና የቴክኖሎጂ ጥምረት የቻይናን ሴሚኮንዳክተር ዕጣ ፈንታ ይወስናል።

XKH በበርካታ የቴክኖሎጂ ትውልዶች ውስጥ በተራቀቁ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ላይ የተካነ በአቀባዊ የተዋሃደ የመፍትሄ አቅራቢ ሆኖ ብቅ ብሏል። በክሪስታል እድገት፣ በትክክለኛነት ማቀነባበሪያ እና በተግባራዊ ሽፋን ቴክኖሎጂዎች ላይ የሚያተኩር ዋና ብቃቶች ያሉት XKH በኃይል ኤሌክትሮኒክስ፣ በRF ግንኙነቶች እና በኦፕቶኤሌክትሮኒክ ስርዓቶች ውስጥ ለዘመናዊ አፕሊኬሽኖች ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን ንጣፎች እና ኤፒታክሲያል ዋፈርዎችን ያቀርባል። የማኑፋክቸሪንግ ሥነ-ምህዳራችን ከ4-8 ኢንች ሲሊከን ካርቦይድ እና ጋሊየም ናይትሬድ ዋፈርዎችን በኢንዱስትሪ መሪ የጉድለት ቁጥጥር የማምረት የባለቤትነት ሂደቶችን ያካትታል፣ እንዲሁም ጋሊየም ኦክሳይድ እና አልማዝ ሴሚኮንዳክተሮችን ጨምሮ በታዳጊ እጅግ ሰፊ የባንድ ክፍተት ቁሳቁሶች ውስጥ ንቁ የምርምር እና ልማት ፕሮግራሞችን በመጠበቅ። ከዋና የምርምር ተቋማት እና ከመሳሪያ አምራቾች ጋር በስትራቴጂካዊ ትብብር አማካኝነት XKH ከፍተኛ መጠን ያላቸውን ደረጃቸውን የጠበቁ ምርቶችን ማምረት እና ብጁ የቁሳቁስ መፍትሄዎችን ልዩ ልማት ለመደገፍ የሚችል ተለዋዋጭ የምርት መድረክ አዘጋጅቷል። የXKH የቴክኒክ እውቀት ለኃይል መሳሪያዎች የዋፈር ወጥነትን ማሻሻል፣ በRF አፕሊኬሽኖች ውስጥ የሙቀት አስተዳደርን ማሻሻል እና ለቀጣዩ ትውልድ የፎቶኒክ መሳሪያዎች አዳዲስ ሄትሮስትራክቸርስቶችን ማዘጋጀት ያሉ ወሳኝ የኢንዱስትሪ ተግዳሮቶችን በመፍታት ላይ ያተኩራል። የላቀ የቁሳቁስ ሳይንስን ከትክክለኛ የምህንድስና ችሎታዎች ጋር በማጣመር፣ XKH ደንበኞች በከፍተኛ ድግግሞሽ፣ ከፍተኛ ኃይል እና ከፍተኛ የአካባቢ አፕሊኬሽኖች ውስጥ የአፈጻጸም ገደቦችን እንዲያሸንፉ ያስችላቸዋል፣ እንዲሁም የሀገር ውስጥ ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ወደ ከፍተኛ የአቅርቦት ሰንሰለት ነፃነት የሚደረገውን ሽግግር ይደግፋል።

የሚከተሉት የXKH 12 ኢንች የሳፕፋይር ዋፈር እና 12 ኢንች የSiC ንጣፍ ናቸው፡