Halfgeleiers dien as die hoeksteen van die inligtingsera, met elke materiaal-iterasie wat die grense van menslike tegnologie herdefinieer. Van eerste-generasie silikon-gebaseerde halfgeleiers tot vandag se vierde-generasie ultra-wye bandgapingmateriale, elke evolusionêre sprong het transformerende vooruitgang in kommunikasie, energie en rekenaarkunde gedryf. Deur die eienskappe en generasie-oorgangslogika van bestaande halfgeleiermateriale te analiseer, kan ons potensiële rigtings vir vyfde-generasie halfgeleiers voorspel terwyl ons China se strategiese paaie in hierdie mededingende arena verken.
I. Eienskappe en evolusionêre logika van vier halfgeleiergenerasies
Eerste-generasie halfgeleiers: Die era van die silikon-germanium-stigting
Eienskappe: Elementêre halfgeleiers soos silikon (Si) en germanium (Ge) bied koste-effektiwiteit en volwasse vervaardigingsprosesse, maar ly aan nou bandgapings (Si: 1.12 eV; Ge: 0.67 eV), wat spanningstoleransie en hoëfrekwensie-prestasie beperk.
Toepassings: Geïntegreerde stroombane, sonselle, laespanning-/laefrekwensie-toestelle.
Oorgangsdrywer: Groeiende vraag na hoëfrekwensie-/hoëtemperatuurprestasie in opto-elektronika het silikon se vermoëns oortref.
Tweede-generasie halfgeleiers: Die III-V-verbindingsrevolusie
Eienskappe: III-V verbindings soos galliumarsenied (GaAs) en indiumfosfied (InP) beskik oor wyer bandgapings (GaAs: 1.42 eV) en hoë elektronmobiliteit vir RF- en fotoniese toepassings.
Toepassings: 5G RF-toestelle, laserdiodes, satellietkommunikasie.
Uitdagings: Materiaalskaarste (indium-oorvloed: 0.001%), giftige elemente (arseen) en hoë produksiekoste.
Oorgangsdrywer: Energie-/kragtoepassings het materiale met hoër deurslagspannings vereis.
Derde-generasie halfgeleiers: Wye bandgaping-energierevolusie
Eienskappe: Silikonkarbied (SiC) en galliumnitried (GaN) lewer bandgapings >3eV (SiC:3.2eV; GaN:3.4eV), met superieure termiese geleidingsvermoë en hoëfrekwensie-eienskappe.
Toepassings: EV-aandrywingstelsels, PV-omsetters, 5G-infrastruktuur.
Voordele: 50%+ energiebesparing en 70% groottevermindering teenoor silikon.
Oorgangsdrywer: KI/kwantumrekenaars vereis materiale met uiterste prestasiemaatstawwe.
Vierde-generasie halfgeleiers: Ultrawye bandgapinggrens
Eienskappe: Galliumoksied (Ga₂O₃) en diamant (C) bereik bandgapings tot 4.8 eV, wat ultra-lae aan-weerstand met kV-klas spanningstoleransie kombineer.
Toepassings: Ultrahoëspanning-IC's, diep-UV-detektors, kwantumkommunikasie.
Deurbrake: Ga₂O₃-toestelle weerstaan >8kV, wat SiC se doeltreffendheid verdriedubbel.
Evolusionêre Logika: Kwantumskaalse prestasiespronge is nodig om fisiese beperkings te oorkom.
I. Vyfde-generasie halfgeleier-tendense: kwantummateriale en 2D-argitekture
Potensiële ontwikkelingsvektore sluit in:
1. Topologiese Isolators: Oppervlakgeleiding met grootmaat-isolasie maak nul-verlies elektronika moontlik.
2. 2D-materiale: Grafeen/MoS₂ bied THz-frekwensierespons en buigsame elektroniese versoenbaarheid.
3. Kwantumkolle en fotoniese kristalle: Bandgaping-ingenieurswese maak opto-elektroniese-termiese integrasie moontlik.
4. Bio-Halfgeleiers: DNS/proteïen-gebaseerde selfassemblerende materiale oorbrug biologie en elektronika.
5. Sleuteldrywers: KI, brein-rekenaar-koppelvlakke en eise vir supergeleiding by kamertemperatuur.
II. China se halfgeleiergeleenthede: Van volgeling tot leier
1. Tegnologiese deurbrake
• 3de-Gen: Massaproduksie van 8-duim SiC-substrate; motorgraad SiC MOSFET's in BYD-voertuie
• 4de Gen: 8-duim Ga₂O₃ epitaksie deurbrake deur XUPT en CETC46
2. Beleidsondersteuning
• 14de Vyfjaarplan prioritiseer 3de-generasie halfgeleiers
• Provinsiale industriële fondse van honderd miljard yuan gestig
• Mylpale 6-8 duim GaN-toestelle en Ga₂O₃-transistors gelys onder die top 10 tegnologiese vooruitgang in 2024
III. Uitdagings en Strategiese Oplossings
1. Tegniese Knelpunte
• Kristalgroei: Lae opbrengs vir boules met groot deursnee (bv. Ga₂O₃-kraking)
• Betroubaarheidsstandaarde: Gebrek aan gevestigde protokolle vir hoëkrag-/hoëfrekwensie-verouderingstoetse
2. Voorsieningskettinggapings
• Toerusting: <20% huishoudelike inhoud vir SiC-kristalkwekers
• Aanvaarding: Voorkeur vir ingevoerde komponente stroomaf
3. Strategiese Weë
• Samewerking tussen die Nywerheid en die Akademie: Gemodelleer na die "Derde-Gen Halfgeleier Alliansie"
• Nisfokus: Prioritiseer kwantumkommunikasie-/nuwe energiemarkte
• Talentontwikkeling: Vestig akademiese programme vir “Skyfwetenskap en -ingenieurswese”
Van silikon tot Ga₂O₃, halfgeleier-evolusie beskryf die mensdom se triomf oor fisiese beperkings. China se geleentheid lê daarin om vierde-gen materiale te bemeester terwyl hulle baanbrekerswerk doen met vyfde-gen innovasies. Soos akademikus Yang Deren opgemerk het: "Ware innovasie vereis die smee van ongebereide paaie." Die sinergie van beleid, kapitaal en tegnologie sal China se halfgeleier-bestemming bepaal.
XKH het na vore gekom as 'n vertikaal geïntegreerde oplossingsverskaffer wat spesialiseer in gevorderde halfgeleiermateriale oor verskeie tegnologiegenerasies. Met kernbevoegdhede wat kristalgroei, presisieverwerking en funksionele bedekkingstegnologieë dek, lewer XKH hoëprestasie-substrate en epitaksiale wafers vir baanbrekende toepassings in kragselektronika, RF-kommunikasie en opto-elektroniese stelsels. Ons vervaardigingsekosisteem omvat eie prosesse vir die vervaardiging van 4-8 duim silikonkarbied- en galliumnitriedwafers met toonaangewende defekbeheer, terwyl aktiewe O&O-programme in opkomende ultrawye bandgapingmateriale, insluitend galliumoksied en diamant-halfgeleiers, gehandhaaf word. Deur strategiese samewerking met toonaangewende navorsingsinstellings en toerustingvervaardigers, het XKH 'n buigsame produksieplatform ontwikkel wat beide hoëvolume-vervaardiging van gestandaardiseerde produkte en gespesialiseerde ontwikkeling van pasgemaakte materiaaloplossings kan ondersteun. XKH se tegniese kundigheid fokus op die aanspreek van kritieke bedryfsuitdagings soos die verbetering van waferuniformiteit vir kragtoestelle, die verbetering van termiese bestuur in RF-toepassings en die ontwikkeling van nuwe heterostrukture vir volgende generasie fotoniese toestelle. Deur gevorderde materiaalwetenskap met presisie-ingenieursvermoëns te kombineer, stel XKH kliënte in staat om prestasiebeperkings in hoëfrekwensie-, hoëkrag- en ekstreme omgewingstoepassings te oorkom, terwyl die binnelandse halfgeleierbedryf se oorgang na groter voorsieningskettingonafhanklikheid ondersteun word.
Die volgende is XKH se 12-duim saffierwafel en 12-duim SiC-substraat:
Plasingstyd: 6 Junie 2025