Академик Чжэн Юйцзян: Третье поколение полупроводников открывает новые возможности

Точно так же, Спрос на информационные технологии и электронные информационные технологии, в свою очередь, стимулирует развитие полупроводниковых материалов и технологий.

Полупроводниковые материалы третьего поколения и их применение

Полупроводники третьего поколения относятся к GaN, SiC В качестве представителяполупроводниковый материал с широкой запрещенной зоной, Это продолжение 20 Век 50 В годы Ge, Si Первое поколение полупроводников и 70 В годы GaAs, InP После представления второго поколения полупроводников 90 Новый широкополосный полупроводниковый материал, Ширина запрещенной полосы значительно больше Si (1. 12 eV) А GaAs (1. 43 eV) Полупроводниковый материал, Обычно определяется какШирина полосы больше 2 eV Материалы.

В настоящее время большое внимание уделяется 3 Категория материалов: (1) III полупроводник семейства нитридовВключая GaN (3. 4 eV) , InN (0. 7 eV) А AlN (6. 2 eV) Материалы из твердых сплавов; (2) Широкая запрещенная зона IV Соединения семействаА SiC (2. 4~3. 1 eV) & Алмазная пленка (5. 5 eV) Материалы; (3) Оксидные полупроводники с широкой запрещенной зонойВключая Zn Оксидный полупроводник (2. 8~4. 0 eV) А ZnO, ZnMgO, ZnCdO Материалы и оксид галлия (β-Ga₂O₃, 4. 9 eV) . В том числе GaN, SiC Материалы успешно применяются во многих отраслях промышленности.

ВСфера фотоэлектроники, На основе GaN, InN, AlN Превосходные фотоэлектрические свойства всех компонентов твердорастворимого сплава, РазвиваетсяВысокоэффективные твердотельные светоизлучающие источникиАтвердотельный ультрафиолетовый детектор, Заполняет пробелы в коротковолновой полупроводниковой фотоэлектронике, Включено белое освещение, За пределами освещения, Панхроматика LED Новая эра отображения и твердотельного ультрафиолетового обнаружения, По близости 20 Многолетнее развитие, Технологии становятся более зрелыми, Промышленность процветает, Достигнут огромныйНаука, Экономические и социальные выгоды, 2019 Годовой объем рынка 6388 Миллиарды.

ВЭлектронная сфера, На основе GaN, SiC Широкополосный зазор, Высокая скорость насыщения электронов, поле высокого пробоя, Превосходные электронные свойства материалов, такие как высокая теплопроводность и низкая диэлектрическая константа, Повышение энергоэффективности, Низкое энергопотребление, Высокая производительность и устойчивость к суровым условиямМикроволновые радиочастотные устройства нового поколения (GaN) АМощные электронные приборы (SiC, GaN) .

GaN Радиочастотный приборА GaAs По сравнению, Более высокое рабочее напряжение, Более высокая мощность, Более эффективный, Высокая плотность мощности, Повышение рабочей температуры и радиационной стойкости.

Мощные электронные приборыА Si По сравнению, Более высокое рабочее напряжение, Высокая плотность мощности, Высокая рабочая частота, Сопротивление низкого хода, Низкая обратная утечка и высокотемпературная устойчивость, стойкость к облучению.

Новые возможности в новую эпоху инфраструктуры

В настоящее время, Китай прилагает все усилия для осуществления 5G Связь, Интернет вещей, Большие данные, Облачные вычисления и искусственный интеллектНовое поколение информационных технологийИ их автомобильные сети, Рабочие сети, Умное производство, Умная энергия, Умный город, Здравоохранение, Трансформация и модернизация вертикальных отраслей, таких как железнодорожный транспортСоздание новой инфраструктуры (Новая инфраструктура) , Содействие социально - экономическому инновационному развитию Китая, Качественное развитие.

5G Новые инфраструктурные потребности эпохиТяга, Станьте полупроводником третьего поколения 21 В начале века в соответствии с требованиями мировой стратегии развития энергетики и окружающей среды LED Возможности для развития полупроводниковой осветительной промышленности, И в третьем поколении полупроводниковой электроникиНовые возможности развития.

Третье поколение полупроводниковых электронных технологийВысокая энергоэффективность, Низкое энергопотребление, Высокие экстремальные свойстваАУстойчивость к суровым условиямНеотъемлемое преимущество микроволновой радиочастоты и электроники мощности 5G Развитие информационных технологий, Новая инфраструктура играет важную вспомогательную роль с технологического уровня.

Радиочастотный приборЭто основа радиочастотной технологии, В качествеусиление радиочастотной мощности, Активный радиочастотный переключательАРЧ источник мощностиИмеет широкие перспективы применения.

GaN Радиочастотный прибор& Традиционный кремнийМОП - диффузионный МОП - полупроводник (Si-LDMOS) А GaAs По сравнению с устройством, ИметьБолее высокое рабочее напряжение, Более высокая мощность, Более эффективный, Высокая плотность мощности, Повышение рабочей температуры и радиационной стойкостиПреимущество, Поддержка внедрения новой инфраструктуры, Радиолокатор высокого уровня, Электронная борьба, Применение военной электроники, такой как навигация и космическая связь 5G Базовая станция, Интернет вещей, Лазерная РЛС, Беспилотная автомобильная радиолокационная станция миллиметрового диапазона, Искусственный интеллект и универсальные твердотельные радиочастотные источники энергии, Огромный рынок потребительской электроники, ОжидаетсяНовый формат развития радиочастотных технологий.

Например, GaNРадиочастотные устройства как5Gусилитель радиочастотной мощности базовой станции (PA) Основные устройства, Решение проблем, с которыми сталкиваются системы связи базовых станцийОгромные ограничения энергопотребления, ИнициироватьGaNВзрывной рост спроса на радиочастотные устройства.

5G Работа в высокочастотном сегменте станции Хунцзи, Большие потери, Дальность передачи коротка, 5G Станция должна достигнуть 4G Тот же сигнал, что и цель, Потребуется 4G Количество базовых станций 3~4 Б (Китай сейчас 4G Базовая станция 445 Тысячи) , 5G Базовая станция использует технологию крупномасштабных антенн для увеличения пропускной способности сети (MIMO) , 64 Канал MIMO однобазовая станция с антенной решеткой PA Спрос приближается 200 А, В результате 5G Потребление электроэнергии на базовой станции 4G А 3~4 Б, 5G Общее энергопотребление станции будет 4G А 9 Больше чем вдвое.

Поэтому, GaN Радиочастотные устройства обладают незаменимым преимуществом 5G Базовая станция PA Неизбежный выбор, Да 4G Базовая станция PA Основные направления повышения; Реализация новой инфраструктуры является GaN Радиочастотные приборы развились в радиолокационном пространствеШирокий спектр гражданских применений.

GaN Радиолокатор миллиметрового диапазона имеетМалый размер, Высокое качество и разрешение, а также проникновение дыма, Туман, Мощность пыли, Особенности расстояния передачи, Будут подключены к автомобилю, Интернет вещей, Умное производство, Многие сферы, такие как интеллектуальное общество, широко используются, Например 77 GHz Частотный GaN Радиолокатор миллиметрового диапазона как дальний детектор самоуправляемого автомобиля, Для точного восприятия окружающих препятствий, Автоматическое экстренное торможение, адаптивный крейсер, Раннее предупреждение о столкновениях и т. дФункции в области активной безопасности.

Мощность электронных устройств являетсяЭлектрическое преобразование, УправлениеОсновные устройства, Энергоэффективность устройств определяет электронную систему, Высокое энергопотребление оборудования и продукции, Размер и масса, Стоимость и надежность и долговечность интеллектуальных мобильных терминалов.

Современные электронные системы или устройства все чаще требуют мощных электронных устройств, Требуется не толькоБолее высокая плотность мощностиАПовышение энергоэффективностиКроме того, требуется наличиеВысокие экстремальные характеристикиАУстойчивость к суровым условиям, Традиционные Si Более низкая эффективность преобразования силовых электронных устройств, За счет огромного потребления энергии, Кроме того, устройства обладают такими свойствами, как блокирование напряжения, Частота переключения, Повышение эффективности и надежности перехода приближается Si Физический предел материала, Перед лицом серьезных проблем.

SiC, GaN Мощность электронных устройств превышает Si Превосходные характеристики устройства, Удовлетворительно 5G Новые потребности в области информационной технологии, Центр обработки данных, Огромные узкие места в энергопотреблении и поддержка информационной инфраструктуры, такой как беспроводные базовые станции IT Мобильный интеллектуальный терминалМиниатюризация, Легкий, Повышение долговечности, Поддерживает новые энергетические автомобили, Умная энергия, Железнодорожный транспорт, Умное производство и т. дПромышленное развитие в области применения преимуществ новой инфраструктурыСрочные потребности.

SiC, GaN Мощность электронных устройств благодаряРазница в электрических свойствах материаловПодходит для различных сценариев применения электроэнергии: SiC Мощные приборы применяются при высоком давлении, Управление энергией, Такие, как новые энергетические транспортные средства и их зарядная инфраструктура, а также новые энергетические инверторы и интеллектуальные энергетические системы.

По данным испытаний, Новые энергетические автомобили SiC Инвертор модуля мощности снижает потери переключателя 75% (Температура чипа 215℃) , Изменить размер инвертора 43%, Снижение качества 6 kg, Длина непрерывного движения автомобиляУвеличение 20%~30%.

Китай - крупнейший в миреАвтомобили на новых источниках энергииРынок, 2019 Продажи автомобилей на новых источниках энергии в Китае 116 Тысячи, Занимает весь мир 54%, Рынок автомобильных силовых агрегатов значительно вырос, Для SiC Мощные электронные устройства и модульная промышленностьОгромное пространство для развития; GaN Мощные устройства для низкого напряжения, высокочастотное управление электроэнергией, Перед лицом потребительской электроники открываются широкие перспективы.

Особенно из - за высокой частоты работы, Динамические потери малы, Низкое сопротивление и высокая температура, Высокая производительность при низкой калорийности, Идеально подходит в качествеПереключить приложение питания, Для современных электронных терминаловЗеленый высокоэффективный источник питания.

Например, как адаптер питания, Решение Si Быстрая зарядка устройства сталкивается с противоречием между увеличением мощности и увеличением объема, Включить потери мощности и размерРезкое снижение 50%, Это не только сокращает время зарядки телефона, Эффективное повышение долговечности, Ожидается, что мобильные телефоны, Планшетный компьютер, Игровая приставка, AR Очки, VR Шлемы и т. дИнтеграция мобильных терминалов для зарядки, Поддерживаемость может переноситься IT Разработка конечных продуктов, Стать нынешним GaN Энергетическая электроника развивается, Ожидается 2025 Глобальный год GaN Рынок быстро пополняется 600 Миллиарды долларов.

GaN Мощные приборы и SiC По сравнению, Переключатель быстрее, Сопротивление ниже, Меньшие потери привода, Преобразование более эффективно, Температура ниже, А Si Ки GaN Более дешевое преимущество устройства, Поэтому GaN Мощность электронных технологий не только широкаяПотребительская электроника, В новой инфраструктуре различныеСценарий применения среднего и низкого давленияЕсть очень широкие перспективы применения.

Перспективы

В 5G Эпоха информационных технологий, Третье поколение полупроводников открывает новые возможности, Реализация новой инфраструктуры способствует развитию полупроводниковой промышленности третьего поколения в период « золотого окна», Есть хороший импульс развития, Ожидается постепенное достижениеАвтономный контроль, БезопасноТретье поколение полупроводниковой промышленности, & Первое поколение, Полупроводники второго поколенияДополнительные преимущества, Совместная поддержкаНовое поколение инноваций в области информационных технологий, Поддерживать качественное социально - экономическое развитие Китая в новую эпоху.