第三代半导体材料的发展与应用

2023-02-09 科闻社

(本篇文章共2420字,阅读时间约3分钟)



美国对我国半导体产业的“极限打击”,在此一情势下,我国半导体产业的发展,或许要全面建立自己的底层逻辑、架构以及体系。总体而言,半导体的各个环节,我国都需要树立自立自强的思维。这其中,材料是基础。第三代半导体材料当是我国可以加强突破的一个关键。正所谓材料是一切技术的基础,“一代材料、一代技术、一代产业”。



前不久,***学电子科学与工程学院副院长刘斌教授在对外演讲中详解了第三代半导体材料的特性、产业应用以及发展前景。精华内容分享如下:


一代材料一代产业


从半导体产业发展的历程来看,从上世纪四、五十年代,从锗硅到集成电路,包括晶体管以及硅晶,逐步形成上千亿乃至上万亿规模的产业。这是第一代半导体材料;上世纪六七十年代,III-V族化合物半导体兴起,即是以砷化钾、磷化铟为代表的第二代半导体材料,主要应用于射频电子、红外激光器等半导体元器件,整体推动了通讯产业的变革。


当前,已是第三代半导体材料,起源于上世纪**十年代,主要是以氮化钾、碳化硅为代表的宽禁带半导体,以及氧化钾、金刚石等超宽禁带半导体。根据材料特性优势,应用于射频电子、电力电子、固态化工元器件、以及显示等产业。以第三代半导体材料制成的元器件,正在推动照明、显示、5G通讯,其它功率电子领域产业的发展。



总体上,第三代半导体材料,主要以下特征:高功效。比如功率器件里高能量的光效。LED,已经替代了原来的白炽灯和日光灯,它主要体现了高光效的特点。另外,就是全光谱。氮化镓、碳化硅等,在宽禁带环境下,覆盖了较宽的光的波段,并形成全光谱的发射与探测。在功率电子方面,宽禁带半导体,由于优异的性质,有高功率、高耐压以及耐高频等特性,可以在更高的纯度上以及更高的温度下展开工作。因此,第三代半导体材料就其特性而言,主要用于功率电子、光电子、射频电子三大领域,成为新的半导体产业,正在崛起和突破。


第三代半导体材料的具体应用


第三代半导体技术也是当前全球高技术竞争的重要领域:2004年美国最早启动了基于第三代半导体的计划,2009年,欧盟把第三代半导体作为研发的重点。我国制造2025以及第“十四个五年规划”和2035年远景目标纲要,都强调了第三代宽禁带半导体的发展。至于美国,为了**我国的科技发展,近期,其***又新增四项出口**的禁令,除EDA设计软件外,也**金刚石、氧化剂等超宽禁带半导体等四项材料对我国的出口。此外,3300伏以上超高耐压的功率器件,西方国家对我国也是严格禁运的,具体说来,由于第三代半导体主要应用于功率芯片、射频芯片、光电芯片、显示芯片、传感芯片等领域,涉及到的产业有半导体照明、新型显示、新一代5G通讯、新能源汽车、轨道交通,以及雷达等产业领域,这些应用对我国的产业升级以及节能减排,****等有重要的战略意义。



其一、射频电子领域:这是支撑新一代移动通讯技术的核心器件。过去通讯射频都是砷化镓,随着通讯从5G走向6G,第三代半导体是唯一可选择的半导体材料。因此,目前在互联网、5G/人工智能等方面的应用,华为、中兴等通讯企业,都在推动高频电子器件的产业发展。

其二、新能源汽车、高铁领域:基于碳化硅的功率器件,也是升级换代必须的一个器件和材料应用。在高速轨道交通中,以基于碳化硅的功率模块去替代,可以使体积减少20%,重量降低20%,能耗也可以降低20%。

其三、照明和显示领域:第三代半导体LED的照明产业,是我们国家的重要产业。基于氮化镓的照明技术,在我国已经极具规模。通过LED照明,我们国家实现2000亿度的节电量,极大地助益了节能减排。当前,重点围绕氮化镓LED,向近红外、紫外波长和更短波长的波段去拓展以及应用,到2026年,紫外LED的市场规模可以达到百亿。

其四、**领域:射频功率器件是雷达共振的基础,要实现超远距离的军事侦察,包括电子干扰和对抗等,特别是在毫米波、超大功率器件的发展上,必须应用氮化镓这样新一代的雷达。美国**已在更换氮化镓功率器件,可以增加探测的距离,距离达到3000公里。

所以,总体来说,第三代半导体是我们国家新器件的关键技术之一。在5G通讯、人工智能、元宇宙、数据中心、轨道交通等都有着广泛的应用。另外,在节能减排方面,我国在2030年要达到碳峰值,2060年要实现碳中和,而第三代半导体,在节约能效上也是大有可为,特别是对将来的基础设施,数据中心以及5G基站方面建设的能效上,都会有大的提升。


第三代半导体在我国的发展趋势



至于第三代半导体在我国的发展,从碳化硅,氮化镓的应用规模上,到2025年,总体会有大幅度的提升。从第三代半导体创新链和产业链来看,主要还是材料方面,衬底到外延,再到设计、芯片、封装,应用,从技术链和创新链来看,衬底、外延、芯片是三个环节,是最为突出的。当前,碳化硅还是主要向大尺寸走,现在4英寸的碳化硅,已经逐步退出市场,当前主要是6英寸。氮化镓主流产品为2英寸,未来三至五年,将是4英寸的衬底,逐步占据主流。


刘斌院长简介:现任***学电子学院教授、博导,入选***长江学者特聘教授、青年长江学者、国家优青,兼任***学***集成电路产教融合创新平台,***光电芯片工程中心副主任,我国光电子行业协会等Micro-LED显示器件专委会委员。主要研究领域为III族氮化物半导体材料与器件,Micro-LED新型显示技术,近年专注于氮化镓基Micro-LED材料生长、器件制备与机理研究,与华为、天马微电子等龙头企业合作开发高密度车载用Micro-LED芯片,量子点集成全色Micro-LED器件。主持国家重点研发专项项目与课题,国家自然科学基金委面上项目,江苏省前沿引领技术项目等12项,参加国家自然科学基金创新群体项目,科技部“973”、“863”计划等项目,成果发表于Nature Nanotechnology、IEEE EDL/T-ED/PTL等学术期刊,共计发表**180余篇,申请/授权发明专利60余项,其中9项专利转让/许可,参编专著5部/章节;获***高校自然科学一等奖,技术发明一等奖,我国产学研合作一等奖及个人创新奖。


科闻社版权声明:转载时标注原文链接不构成侵权


相关股票:

崛起的中科系,被改变的我国芯片产业格局

当前,以芯片为代表的信创产业逐步成为国家科技竞争力的重要标志。在国产CPU产业强势崛起的过程中,你首先想到的会是哪几企业?答案有很多,但“中科系”的提及率绝对很高。作为国家战略科技力量,“中科系”旗下

芯片战场丨芯片领域三箭齐发 英特尔跑步突围

21世纪经济报道记者倪雨晴 圣何塞报道在硅谷源泉之一的圣何塞,英特尔CEO帕特·基辛格(Pat Gelsinger)正在带领英特尔加速奔跑。当地时间9月19日,2023英特尔on技术创新大会于美国加利

OPPO重启芯片业务?国产芯片或需告别“单打独斗”

财联社9月19日讯(记者 唐植潇)近日有消息称,OPPO将会重启芯片业务,并且“有部分员工已经回流,加入到了车载业务之中”。记者就此事向OPPO方面进行核实,对方表示“不予置评”。特百惠(我国)数字与

600亿颗芯片!我国巨头正式宣布,美媒:**也没料到制裁这么快

我国芯片市场与美国依赖我国的集成电路市场一直以来都是一个巨大的市场,拥有庞大的需求和巨大的增长潜力。我国的电子消费市场一直在迅速增长,包括智能手机、电视、电脑和各种智能设备等,这些设备都需要高性能的芯

最新手机芯片天梯图:A17、华为麒麟9000S,排在什么位置?

近日,最火的两颗芯片分别是苹果的3nm芯片A17 Pro,虽然很多人吐槽它较上一代提升不明显,但论性能,可以碾压任何安卓芯片,甚至是领先2代的。另外一款芯片,则是华为麒麟9000S,当然,这颗芯片工艺

韩国芯片连续13个月暴跌,尹锡悦指责我国不采购,外媒:自食其果

据韩国媒体称,韩国的半导体出口额已经连续暴跌13个月了,比去年同比下降了28%左右。韩国政府急的焦头烂额。尹锡悦政府竟直接甩锅我国,话里话外都是指责,他认为韩国半导体卖不出竟是我国的原因,我国应该帮助

我国突破芯片瓶颈将影响全球秩序?美国很担心,指出我国关键弱点

我国在芯片半导体领域一直深受美国的**,通过贸易制裁的方式阻止高端芯片进入我国市场。这样的举措一度造成我国芯片领域发展断档,不过随着我国科技企业近几年的突破,目前我国已经在芯片制造方面取得了重大的成果

没有他,我国芯片发展至少要**十年?

前几天,华为一声不响的上线了mate60系列,带着麒麟芯片9000s强势回归,吸引了全世界的目光。而华为麒麟芯片**背后,我们不该忘记这位老人—张汝京。我国半导体之父,为回**造芯片,被开除**户籍,

陈清泰:未来汽车颠覆传统,50%以上的零部件体系面临重构

【有车以后 资讯】“未来汽车对传统汽车的颠覆性,使传统零部件体系的50%以上都面临重构。”12月16日,在全球智能汽车产业峰会(GIV2022)上,我国电动汽车百人会理事长陈清泰指出,智能汽车的价值链

「姿势」一辆汽车由多少个零件组成?保证你说不清...

投稿点这里汽车有多少个零件?其实这个问题并没有一个十分确切的标准答案...据估计,一般轿车约由1万多个不可拆解的**零部件组装而成。结构极其复杂的特制汽车,如F1赛车等,其**零部件的数量可达到2万个

全球最大的10家汽车零部件供应商 都是世界500强 无我国企业

【卡车之家 原创】美国《财富》**每年发布的世界500强排行榜,是以营业收入数据对全球企业作出排名的榜单。2017年“世界500强”榜单中,汽车制造商和零部件厂商共占据33席(除去大型工程车辆企业),

汽车零部件企业哪家强?除了博世**还有这些名字你一定耳熟能详

文:懂车帝原创 李德喆[懂车帝原创 行业]9月18日,由《我国汽车报》主办,罗兰贝格协办的2019汽车零部件“双百强”企业发布会在江苏南京举行。在两份榜单中,博世、**、电装位列2019全球汽车零部件

汽车零部件行业现状及产业链

行业现状(Reference:产业运行 | 2021年汽车工业经济运行情况)中汽协预测:2022年我国汽车销量达到2700万辆,新能源销量超过550万辆(Reference:乘用车市场信息联席会)以乘

全球十大汽车零部件供应商,核心技术都被他们垄断,自主遗憾缺席

提到电影,我们会想到张艺谋、冯小刚,而很少会想到幕后的制作人;提起流行乐,我们会想到周杰伦、萧敬腾,而很少会想到背后的作词人。台前台后,一幕之别,知名度往往相差甚远。车界又何尝不是如此,知名车企我们都

高清汽车各零部件构造图,看完你就是汽车专家!

2023世界移动通信大会即将举行,大批中企强势回归!

来源:环球时报 【环球时报记者 倪浩 陶震 环球时报驻德国特约记者 青木】经过3年疫情后,全球最具影响力的通信展今年有望再现往日盛况。2月27日至3月2日,由全球移动通信**协会(GSMA)主办的20

太空新赛道:6G时代的卫星通信,究竟是什么?

近日华为、苹果争相推出手机卫星通信功能,成为一大亮点,不少手机厂商也将目光投到卫星通信。放眼未来,手机直连卫星的卫星通信服务将是大势所趋,也是6G时代的重要标志。华为以“北斗三号”为依托,率先把“卫星

光纤#光纤通信

国内企业在光通信产品的参数测试过程中,通常使用国外的先进测试设备。然而,这些测试仪器之间往往是孤立存在的,需要手动调试仪器并通过旋钮、按钮和人眼观察波形或数据。这不仅*作繁琐易出错,而且测试效率低下。

龙头20cm涨停,7天股价翻倍!一文看懂卫星通信前世今生及产业链

卫星通信概念股华力创通今日再度强势拉升,截至发稿,该股股价20cm涨停,7个交易日累计涨幅近113%,现报23.52元续刷阶段新高,总市值155.9亿元。消息上,有媒体从供应链获悉,Mate 60 P

工信部:目前我国尚不具备实现网络层面的移动通信号码归属地变更的条件

针对网友提出的“电话号码归属地更改”建议,工信部近日给出了官方回复。此前,有网友在人民网留言板向工信部留言称,“现在电话都是实名制,电话号绑定的***及一些主流的软件较多,更换号码后造成一系列问题

AD
更多相关文章