Taiwan Strait Network, 27 de octubre, según Xiamen Daily, recientemente, "chips", "IC", "máquinas de litografía" y "tres generaciones y media" se han convertido en temas candentes en el mercado de valores. , el concepto de semiconductores de tercera generación Las acciones también se han convertido en un punto caliente en el mercado de valores. Por tanto, es necesario que entendamos qué es el semiconductor de tercera generación. ¿Cuáles son los usos de los semiconductores de tercera generación? ¿Qué importancia tiene para nuestra economía nacional?
El desarrollo de materiales semiconductores ha pasado por tres etapas
Los semiconductores son una gran clase de materiales con conductividad eléctrica entre conductores y aislantes. Los materiales semiconductores han pasado por tres etapas de desarrollo, con. Apareciendo diferentes etapas, los materiales se denominan materiales semiconductores de primera generación, segunda generación y tercera generación.
Los semiconductores de primera generación también se denominan "semiconductores de elementos", normalmente semiconductores basados en silicio y germanio. En la década de 1950, el germanio dominaba los semiconductores y fue reemplazado gradualmente por el silicio (Si) en la década de 1960. En la actualidad, la tecnología de fabricación de silicio es la más madura y ampliamente utilizada. Hasta ahora, más del 95% de los chips y dispositivos semiconductores del mundo todavía se producen con obleas de silicio y se utilizan ampliamente en campos como el procesamiento de información y el control automático. El desarrollo de la industria microelectrónica moderna con circuitos integrados (CI) como núcleo ha promovido el rápido desarrollo de toda la industria mundial de la información de TI. El material de silicio tiene grandes reservas en la naturaleza, tecnología de fabricación madura y bajo costo. La gente conoce mejor sus propiedades. Es fácil preparar películas de dióxido de silicio en la superficie del silicio, lo que es muy adecuado para la preparación de circuitos integrados planos. utilizado en dispositivos lógicos de bajo voltaje y gran escala. Tiene grandes ventajas en los campos de la electrónica y la microelectrónica, como la CPU (unidad central de procesamiento de computadoras y teléfonos móviles) y los chips de inteligencia artificial. Sin embargo, su frecuencia de trabajo no es alta, su resistencia a la radiación no es fuerte, su resistencia al calor y a los altos voltajes son deficientes y su rendimiento fotoeléctrico es deficiente, por lo que está limitado en aplicaciones como la optoelectrónica y las comunicaciones por microondas.
La segunda generación de semiconductores que surgió en la década de 1980 fueron los semiconductores compuestos, incluidos el arseniuro de galio (GaAs), el fosfuro de indio (InP) y muchos otros semiconductores compuestos del grupo III-V (de la tabla periódica de elementos). Un tipo de material semiconductor compuesto por elementos del Grupo IIIA y del Grupo VA (como arseniuro de galio, fosfuro de galio, etc.), que tiene las características de alta frecuencia, resistencia a la radiación y bajo consumo de energía. Se utiliza principalmente para fabricar alta frecuencia. Los dispositivos de frecuencia de microondas y ondas milimétricas y los dispositivos emisores de luz se utilizan ampliamente en comunicaciones móviles, comunicaciones ópticas, dispositivos emisores de luz LED, láseres, navegación GPS, etc. Ha provocado revoluciones en la industria optoelectrónica, Internet y las comunicaciones móviles. . Sin embargo, el galio y el indio en materiales como el arseniuro de galio y el fosfuro de indio son recursos escasos, y el proceso de fabricación es difícil de preparar obleas de gran tamaño y el costo es alto. Aunque tienen ventajas en alta frecuencia, tienen. dificultad en la resistencia a altas temperaturas, no hay ventaja en el rendimiento en términos de alta corriente y alta potencia, y algunos son tóxicos y tienen un impacto en el medio ambiente, lo que hace que la aplicación de materiales semiconductores de segunda generación tenga ciertas limitaciones.
La tercera generación de semiconductores que surgió a principios del siglo XXI incluye compuestos como el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC). También se les llama semiconductores de banda prohibida y también se les conoce como semiconductores. "tercera generación y media". En comparación con las dos generaciones anteriores, tiene una banda prohibida más amplia, un voltaje de ruptura más alto, una conductividad térmica más alta, una tasa de saturación de electrones más alta y una resistencia a la radiación más alta, lo que lo hace más adecuado para la fabricación de alta temperatura, alta frecuencia, alta potencia y radiación. Los dispositivos resistentes pueden cumplir con los requisitos de la tecnología electrónica moderna para alta densidad de potencia, alto voltaje de ruptura, respuesta de alta frecuencia, así como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la radiación y otros requisitos de confiabilidad para trabajar en ambientes hostiles. el material semiconductor más prometedor. Sin embargo, debido a la dificultad y al elevado coste del proceso de fabricación, todavía existen pocos tipos de dispositivos basados en materiales de tercera generación y media, y su cuota actual en el mercado de semiconductores es todavía muy pequeña.
Las tres llamadas "generaciones" de semiconductores no son una relación en la que "la próxima generación reemplaza a la anterior" como 3G, 4G y 5G en las comunicaciones móviles, sino que la nueva generación utiliza sus características en ciertos campos de aplicación. Exprimió parte de la cuota de mercado de la generación anterior y también amplió nuevos mercados. Cada uno tiene sus propias ventajas y la relación entre ellos se parece más a una relación de "hermano" que a una relación de "generación".
Presentación de toda la cadena industrial de semiconductores de tercera generación
Mi país es el mayor consumidor de semiconductores del mundo, pero el desarrollo de la industria de semiconductores de nuestro país está relativamente rezagado. El 80% de los productos se importan del extranjero, especialmente los productos de chips de alta gama que dependen casi por completo de las importaciones. En la actualidad, acelerar el desarrollo de la industria de los semiconductores se ha convertido en una importante tarea estratégica para nuestro país.
En comparación con los semiconductores de primera y segunda generación, los semiconductores de tercera generación aún se encuentran en su etapa inicial de desarrollo a nivel internacional, y mi país tiene mayores oportunidades para alcanzar el nivel avanzado internacional. Aunque su participación de mercado actual es todavía relativamente pequeña, con el desarrollo de "nueva infraestructura" como la infraestructura 5G, UHV, ferrocarril interurbano de alta velocidad y transporte ferroviario urbano, pilas de carga de vehículos de nueva energía, grandes centros de datos, inteligencia artificial e industria. Internet, China, la demanda de dispositivos de alta frecuencia, alto voltaje, alta densidad de potencia y alta eficiencia energética aumentará en el futuro. Los semiconductores de tercera generación tienen ventajas incomparables en estos aspectos. Estas demandas de alto nivel impulsarán el progreso tecnológico de los semiconductores de tercera generación y el desarrollo de productos relacionados. Es previsible que cuando la demanda impulse la reducción de costos superpuestos, la aplicación de semiconductores de tercera generación marque el comienzo de un crecimiento explosivo.
En el "13.º Plan Quinquenal" del Plan Nacional de Innovación en Ciencia y Tecnología publicado por el Consejo de Estado en 2016, el semiconductor de tercera generación figuraba como uno de los principales proyectos del país para 2030. La ciudad de Xiamen también ha incluido la industria de semiconductores de tercera generación entre las diez principales industrias futuras con potencial de desarrollo que se esfuerza por cultivar. En los últimos años, con el fuerte apoyo de las políticas emitidas por los gobiernos central y local, así como la enorme demanda del mercado provocada por el surgimiento de industrias modernas como las nuevas energías, la fabricación inteligente, la inteligencia artificial y las comunicaciones 5G, un gran Varias empresas líderes en la industria han realizado inversiones a gran escala para obtener oportunidades de desarrollo. En la actualidad, los fabricantes nacionales tienen una cadena industrial completa en semiconductores de tercera generación y la industria ha mostrado un rápido impulso de desarrollo.
Consolidación de las bases de la industria de semiconductores de tercera generación
Aunque el semiconductor de tercera generación tiene muchas propiedades excelentes, no es una "píldora mágica universal". Por ejemplo, actualmente es poco probable que los procesadores de los teléfonos inteligentes y las CPU de las computadoras sean reemplazados por materiales semiconductores de tercera generación. Al menos durante mucho tiempo, los semiconductores de tercera generación no podrán reemplazar completamente a las dos primeras generaciones.
La tercera generación de semiconductores está marcada por una amplia banda prohibida, lo que determina que su dificultad de fabricación no puede ser inferior a la de las dos generaciones anteriores. Ni hablar de si se podrán convertir en chips de sustitución con varios. funciones para dispositivos con las mismas funciones, los requisitos para los procesos de fabricación y equipos de semiconductores de tercera generación no pueden ser más bajos, ni los costos pueden ser más bajos.
Ya sea por el crecimiento de un solo cristal, el crecimiento de la capa epitaxial o la fabricación de dispositivos, los semiconductores de tercera generación todavía ocupan una posición de liderazgo en los Estados Unidos, Europa y Japón. Además, muchas tecnologías básicas de procesos de semiconductores están interconectadas y son necesarias para cualquier generación de semiconductores. Sin embargo, otros son mejores que nosotros en estos aspectos básicos. No es realista ni realista querer saltar o evitar estos puntos débiles y adelantar en las curvas o. Cambiar de carril. El desarrollo de la industria tiene sus propias leyes naturales. Podemos acelerar el desarrollo a través de políticas, fondos, etc., en lugar de simplemente pensar en saltar, eludir u otros trucos. Para cambiar nuestra situación pasiva en materia de chips semiconductores, los semiconductores de tercera generación por sí solos no son suficientes, y no se puede lograr de la noche a la mañana. Se necesitan materiales y equipos iniciales, diseño, fabricación, empaquetado y pruebas de chips intermedios, aplicaciones posteriores, etc. Esfuerzos conjuntos a largo plazo de toda la cadena industrial para compensar nuestras deficiencias en tecnología, procesos, equipos, etc. básicos de semiconductores y sentar una base sólida serán posibles para lograr un desarrollo revolucionario en la tercera generación de semiconductores. (Contribución de la antigua Asociación de Ciencia y Tecnología de Xiamen)