पाचव्या पिढीतील अर्धवाहक पदार्थांसाठी भाकिते आणि आव्हाने

सेमीकंडक्टर माहिती युगाचा आधारस्तंभ म्हणून काम करतात, प्रत्येक भौतिक पुनरावृत्ती मानवी तंत्रज्ञानाच्या सीमा पुन्हा परिभाषित करते. पहिल्या पिढीतील सिलिकॉन-आधारित सेमीकंडक्टरपासून ते आजच्या चौथ्या पिढीतील अल्ट्रा-वाइड बँडगॅप मटेरियलपर्यंत, प्रत्येक उत्क्रांतीवादी झेप संप्रेषण, ऊर्जा आणि संगणनात परिवर्तनात्मक प्रगतीला चालना दिली आहे. विद्यमान सेमीकंडक्टर मटेरियलची वैशिष्ट्ये आणि पिढीगत संक्रमण तर्कशास्त्र यांचे विश्लेषण करून, आपण या स्पर्धात्मक क्षेत्रात चीनच्या धोरणात्मक मार्गांचा शोध घेत असताना पाचव्या पिढीतील सेमीकंडक्टरसाठी संभाव्य दिशानिर्देशांचा अंदाज लावू शकतो.

I. चार अर्धवाहक पिढ्यांची वैशिष्ट्ये आणि उत्क्रांतीवादी तर्कशास्त्र

पहिल्या पिढीतील अर्धवाहक: सिलिकॉन-जर्मेनियम फाउंडेशन युग

वैशिष्ट्ये: सिलिकॉन (Si) आणि जर्मेनियम (Ge) सारखे मूलभूत अर्धवाहक किफायतशीरपणा आणि परिपक्व उत्पादन प्रक्रिया देतात, तरीही त्यांना अरुंद बँडगॅप्स (Si: 1.12 eV; Ge: 0.67 eV) असतात, ज्यामुळे व्होल्टेज सहनशीलता आणि उच्च-फ्रिक्वेन्सी कामगिरी मर्यादित होते.
अनुप्रयोग: एकात्मिक सर्किट्स, सौर पेशी, कमी-व्होल्टेज/कमी-फ्रिक्वेन्सी उपकरणे.
संक्रमण चालक: ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्समध्ये उच्च-फ्रिक्वेंसी/उच्च-तापमान कामगिरीची वाढती मागणी सिलिकॉनच्या क्षमतांना मागे टाकत आहे.

दुसऱ्या पिढीतील अर्धवाहक: III-V संयुग क्रांती

वैशिष्ट्ये: गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) आणि इंडियम फॉस्फाइड (InP) सारख्या III-V संयुगांमध्ये विस्तृत बँडगॅप (GaAs: 1.42 eV) आणि RF आणि फोटोनिक अनुप्रयोगांसाठी उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता असते.
अनुप्रयोग: 5G RF उपकरणे, लेसर डायोड, उपग्रह संप्रेषण.
आव्हाने: पदार्थांची कमतरता (इंडियमचे प्रमाण: ०.००१%), विषारी घटक (आर्सेनिक) आणि उच्च उत्पादन खर्च.
ट्रान्झिशन ड्रायव्हर: ऊर्जा/शक्ती अनुप्रयोगांना जास्त ब्रेकडाउन व्होल्टेज असलेल्या सामग्रीची आवश्यकता होती.

तिसऱ्या पिढीतील अर्धवाहक: विस्तृत बँडगॅप ऊर्जा क्रांती

वैशिष्ट्ये: सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) आणि गॅलियम नायट्राइड (GaN) उत्कृष्ट थर्मल चालकता आणि उच्च-फ्रिक्वेन्सी वैशिष्ट्यांसह 3eV पेक्षा जास्त बँडगॅप (SiC:3.2eV; GaN:3.4eV) देतात.
अनुप्रयोग: ईव्ही पॉवरट्रेन, पीव्ही इन्व्हर्टर, 5G पायाभूत सुविधा.
फायदे: सिलिकॉनच्या तुलनेत ५०%+ ऊर्जा बचत आणि ७०% आकारात घट.
ट्रान्झिशन ड्रायव्हर: एआय/क्वांटम संगणनासाठी अत्यंत कामगिरी मापदंड असलेल्या साहित्याची आवश्यकता असते.

चौथ्या पिढीतील सेमीकंडक्टर: अल्ट्रा-वाइड बँडगॅप फ्रंटियर

वैशिष्ट्ये: गॅलियम ऑक्साईड (Ga₂O₃) आणि डायमंड (C) 4.8eV पर्यंत बँडगॅप साध्य करतात, ज्यामुळे अल्ट्रा-लो ऑन-रेझिस्टन्स आणि kV-क्लास व्होल्टेज टॉलरन्स एकत्र होतात.
अनुप्रयोग: अल्ट्रा-हाय-व्होल्टेज आयसी, डीप-यूव्ही डिटेक्टर, क्वांटम कम्युनिकेशन.
यश: Ga₂O₃ उपकरणे >8kV पर्यंत टिकतात, ज्यामुळे SiC ची कार्यक्षमता तिप्पट होते.
उत्क्रांतीवादी तर्कशास्त्र: भौतिक मर्यादा ओलांडण्यासाठी क्वांटम-स्केल कामगिरीत झेप घेणे आवश्यक आहे.

I. पाचव्या पिढीतील सेमीकंडक्टर ट्रेंड: क्वांटम मटेरियल आणि 2D आर्किटेक्चर्स

संभाव्य विकास वेक्टरमध्ये हे समाविष्ट आहे:

१. टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर: बल्क इन्सुलेशनसह पृष्ठभागाचे वाहक शून्य-तोटा इलेक्ट्रॉनिक्स सक्षम करते.

२. २डी मटेरियल: ग्राफीन/MoS₂ THz-फ्रिक्वेन्सी प्रतिसाद आणि लवचिक इलेक्ट्रॉनिक्स सुसंगतता प्रदान करतात.

३. क्वांटम डॉट्स आणि फोटोनिक क्रिस्टल्स: बँडगॅप अभियांत्रिकी ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक-थर्मल एकत्रीकरण सक्षम करते.

४. जैव-अर्धवाहक: डीएनए/प्रथिने-आधारित स्वयं-एकत्रित साहित्य जीवशास्त्र आणि इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये पूल बांधतात.

५. प्रमुख घटक: एआय, मेंदू-संगणक इंटरफेस आणि खोली-तापमान सुपरकंडक्टिव्हिटीची आवश्यकता.

II. चीनच्या सेमीकंडक्टर संधी: अनुयायी ते नेते

१. तंत्रज्ञानातील प्रगती
• तिसरी पिढी: ८-इंच SiC सब्सट्रेट्सचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन; BYD वाहनांमध्ये ऑटोमोटिव्ह-ग्रेड SiC MOSFETs
• चौथी-जनरेशन: XUPT आणि CETC46 द्वारे 8-इंच Ga₂O₃ एपिटॅक्सीमध्ये यश.

२. धोरण समर्थन
• १४ व्या पंचवार्षिक योजनेत तिसऱ्या पिढीतील अर्धवाहकांना प्राधान्य दिले आहे.
• प्रांतीय शंभर अब्ज युआन औद्योगिक निधीची स्थापना

• २०२४ मध्ये टॉप-१० तंत्रज्ञान प्रगतींमध्ये ६-८ इंच GaN उपकरणे आणि Ga₂O₃ ट्रान्झिस्टर यांचा समावेश असलेले माइलस्टोन्स

III. आव्हाने आणि धोरणात्मक उपाय

१. तांत्रिक अडचणी
• क्रिस्टल ग्रोथ: मोठ्या व्यासाच्या बुल्ससाठी कमी उत्पन्न (उदा., Ga₂O₃ क्रॅकिंग)
• विश्वासार्हता मानके: उच्च-शक्ती/उच्च-वारंवारता वृद्धत्व चाचण्यांसाठी स्थापित प्रोटोकॉलचा अभाव.

२. पुरवठा साखळीतील तफावत
• उपकरणे: SiC क्रिस्टल उत्पादकांसाठी <20% देशांतर्गत सामग्री
• दत्तक: आयात केलेल्या घटकांसाठी डाउनस्ट्रीम प्राधान्य

३. धोरणात्मक मार्ग

• उद्योग-शैक्षणिक सहकार्य: “थर्ड-जनरेशन सेमीकंडक्टर अलायन्स” च्या आधारावर

• निश फोकस: क्वांटम कम्युनिकेशन्स/नवीन ऊर्जा बाजारपेठांना प्राधान्य द्या

• प्रतिभा विकास: “चिप सायन्स अँड इंजिनिअरिंग” शैक्षणिक कार्यक्रमांची स्थापना करा.

सिलिकॉनपासून ते Ga₂O₃ पर्यंत, सेमीकंडक्टर उत्क्रांती मानवजातीच्या भौतिक मर्यादांवर विजयाचे वर्णन करते. पाचव्या पिढीतील नवोपक्रमांना अग्रेसर करताना चौथ्या पिढीतील साहित्यावर प्रभुत्व मिळवण्यात चीनची संधी आहे. शिक्षणतज्ज्ञ यांग डेरेन यांनी नमूद केल्याप्रमाणे: "खऱ्या नवोपक्रमासाठी अप्रवासित मार्ग तयार करणे आवश्यक आहे." धोरण, भांडवल आणि तंत्रज्ञानाचा समन्वय चीनचे सेमीकंडक्टर भवितव्य निश्चित करेल.

XKH हे तंत्रज्ञानाच्या अनेक पिढ्यांमध्ये प्रगत सेमीकंडक्टर मटेरियलमध्ये विशेषज्ञता असलेले एक उभ्या एकात्मिक समाधान प्रदाता म्हणून उदयास आले आहे. क्रिस्टल ग्रोथ, प्रिसिजन प्रोसेसिंग आणि फंक्शनल कोटिंग टेक्नॉलॉजीजमध्ये असलेल्या मुख्य क्षमतांसह, XKH पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स, RF कम्युनिकेशन्स आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टीममध्ये अत्याधुनिक अनुप्रयोगांसाठी उच्च-कार्यक्षमता सब्सट्रेट्स आणि एपिटॅक्सियल वेफर्स प्रदान करते. आमच्या उत्पादन परिसंस्थेत उद्योग-अग्रणी दोष नियंत्रणासह 4-8 इंच सिलिकॉन कार्बाइड आणि गॅलियम नायट्राइड वेफर्स तयार करण्यासाठी मालकी प्रक्रियांचा समावेश आहे, तर गॅलियम ऑक्साईड आणि डायमंड सेमीकंडक्टरसह उदयोन्मुख अल्ट्रा-वाइड बँडगॅप मटेरियलमध्ये सक्रिय संशोधन आणि विकास कार्यक्रम राखले आहेत. आघाडीच्या संशोधन संस्था आणि उपकरणे उत्पादकांसह धोरणात्मक सहकार्याद्वारे, XKH ने एक लवचिक उत्पादन प्लॅटफॉर्म विकसित केला आहे जो प्रमाणित उत्पादनांचे उच्च-खंड उत्पादन आणि सानुकूलित मटेरियल सोल्यूशन्सच्या विशेष विकासास समर्थन देण्यास सक्षम आहे. XKH ची तांत्रिक कौशल्ये पॉवर डिव्हाइसेससाठी वेफर एकरूपता सुधारणे, RF अनुप्रयोगांमध्ये थर्मल व्यवस्थापन वाढवणे आणि पुढील पिढीच्या फोटोनिक डिव्हाइसेससाठी नवीन हेटेरोस्ट्रक्चर विकसित करणे यासारख्या गंभीर उद्योग आव्हानांना तोंड देण्यावर लक्ष केंद्रित करते. प्रगत भौतिक विज्ञान आणि अचूक अभियांत्रिकी क्षमता एकत्रित करून, XKH ग्राहकांना उच्च-फ्रिक्वेन्सी, उच्च-शक्ती आणि अत्यंत पर्यावरणीय अनुप्रयोगांमध्ये कामगिरीच्या मर्यादांवर मात करण्यास सक्षम करते आणि त्याचबरोबर देशांतर्गत अर्धसंवाहक उद्योगाच्या अधिक पुरवठा साखळी स्वातंत्र्याकडे संक्रमणाला समर्थन देते.

XKH चे १२ इंच नीलमणी वेफर आणि १२ इंच SiC सब्सट्रेट खालीलप्रमाणे आहेत: