Halfgeleiders vormen de hoeksteen van het informatietijdperk, waarbij elke nieuwe materiaalvariant de grenzen van de menselijke technologie herdefinieert. Van de eerste generatie siliciumhalfgeleiders tot de huidige vierde generatie ultrabrede bandgapmaterialen, elke evolutionaire sprong heeft geleid tot transformatieve ontwikkelingen in communicatie, energie en computertechnologie. Door de kenmerken en de generatieovergangslogica van bestaande halfgeleidermaterialen te analyseren, kunnen we potentiële richtingen voor vijfde generatie halfgeleiders voorspellen en tegelijkertijd de strategische paden van China in deze competitieve arena verkennen.
I. Kenmerken en evolutionaire logica van vier generaties halfgeleiders
Halfgeleiders van de eerste generatie: het tijdperk van de silicium-germanium-basis
Kenmerken: Elementaire halfgeleiders zoals silicium (Si) en germanium (Ge) zijn kosteneffectief en beschikken over volwassen productieprocessen. Ze hebben echter last van smalle bandafstanden (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), waardoor de spanningstolerantie en de hogefrequentieprestaties beperkt zijn.
Toepassingen: Geïntegreerde schakelingen, zonnecellen, laagspannings-/laagfrequentieapparaten.
Overgangsdriver: De groeiende vraag naar hoogfrequente/hogetemperatuurprestaties in opto-elektronica overtrof de mogelijkheden van silicium.
Halfgeleiders van de tweede generatie: de III-V-compoundrevolutie
Kenmerken: III-V-verbindingen zoals galliumarsenide (GaAs) en indiumfosfide (InP) kenmerken zich door bredere bandafstanden (GaAs: 1,42 eV) en een hoge elektronenmobiliteit voor RF- en fotonische toepassingen.
Toepassingen: 5G RF-apparaten, laserdiodes, satellietcommunicatie.
Uitdagingen: schaarste aan materiaal (indiumgehalte: 0,001%), giftige elementen (arseen) en hoge productiekosten.
Overgangsdriver: Energie-/energietoepassingen vereisten materialen met hogere doorslagspanningen.
Halfgeleiders van de derde generatie: energierevolutie met grote bandgap
Kenmerken: Siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN) leveren bandafstanden >3 eV (SiC:3,2 eV; GaN:3,4 eV), met superieure thermische geleidbaarheid en hogefrequentie-eigenschappen.
Toepassingen: aandrijflijnen voor elektrische voertuigen, PV-omvormers, 5G-infrastructuur.
Voordelen: 50%+ energiebesparing en 70% kleinere afmetingen ten opzichte van silicium.
Transitiedriver: AI/quantum computing vereist materialen met extreme prestatie-indicatoren.
Vierde generatie halfgeleiders: ultra-brede bandgap-grens
Kenmerken: Galliumoxide (Ga₂O₃) en diamant (C) bereiken bandafstanden tot 4,8 eV en combineren een uiterst lage aan-weerstand met een spanningstolerantie van kV-klasse.
Toepassingen: IC's met ultrahoge spanning, diepe UV-detectoren, kwantumcommunicatie.
Doorbraken: Ga₂O₃-apparaten zijn bestand tegen >8 kV, waardoor de efficiëntie van SiC verdrievoudigd wordt.
Evolutionaire logica: Er zijn prestatiesprongen op kwantumniveau nodig om fysieke beperkingen te overwinnen.
I. Trends in halfgeleidertechnologie van de vijfde generatie: kwantummaterialen en 2D-architecturen
Mogelijke ontwikkelingsvectoren zijn onder meer:
1. Topologische isolatoren: Oppervlaktegeleiding met bulkisolatie maakt elektronica met nulverlies mogelijk.
2. 2D-materialen: Grafeen/MoS₂ biedt THz-frequentierespons en flexibele elektronica-compatibiliteit.
3. Quantumdots en fotonische kristallen: bandgap-engineering maakt opto-elektronische-thermische integratie mogelijk.
4. Biohalfgeleiders: op DNA/proteïne gebaseerde zelfassemblerende materialen slaan een brug tussen biologie en elektronica.
5. Belangrijkste factoren: AI, hersen-computerinterfaces en eisen voor supergeleiding bij kamertemperatuur.
II. Kansen voor de Chinese halfgeleiderindustrie: van volger tot leider
1. Technologische doorbraken
• 3e generatie: massaproductie van 8-inch SiC-substraten; SiC-MOSFET's van automobielkwaliteit in BYD-voertuigen
• 4e generatie: 8-inch Ga₂O₃-epitaxiedoorbraken door XUPT en CETC46
2. Beleidsondersteuning
• Het 14e Vijfjarenplan geeft prioriteit aan halfgeleiders van de derde generatie
• Er zijn provinciale industriële fondsen van honderd miljard yuan opgericht
• Mijlpalen 6-8 inch GaN-apparaten en Ga₂O₃-transistoren vermeld onder de top 10 technologische ontwikkelingen in 2024
III. Uitdagingen en strategische oplossingen
1. Technische knelpunten
• Kristalgroei: lage opbrengst voor bolletjes met een grote diameter (bijv. Ga₂O₃-kraken)
• Betrouwbaarheidsnormen: gebrek aan gevestigde protocollen voor verouderingstesten met hoog vermogen/hoge frequentie
2. Lacunes in de toeleveringsketen
• Apparatuur: <20% huishoudelijk gehalte voor SiC-kristalkwekers
• Adoptie: Downstream voorkeur voor geïmporteerde componenten
3. Strategische paden
• Samenwerking tussen industrie en wetenschap: gemodelleerd naar de “Third-Gen Semiconductor Alliance”
• Nichefocus: prioriteit geven aan kwantumcommunicatie/nieuwe energiemarkten
• Talentontwikkeling: Richt academische programma's op voor 'Chip Science & Engineering'
Van silicium tot Ga₂O₃, de evolutie van halfgeleiders beschrijft de overwinning van de mensheid op fysieke grenzen. China's kansen liggen in het beheersen van materialen van de vierde generatie en het pionieren met innovaties van de vijfde generatie. Zoals academicus Yang Deren opmerkte: "Echte innovatie vereist het betreden van onbetreden paden." De synergie van beleid, kapitaal en technologie zal de toekomst van China's halfgeleiderindustrie bepalen.
XKH heeft zich ontwikkeld tot een verticaal geïntegreerde leverancier van oplossingen, gespecialiseerd in geavanceerde halfgeleidermaterialen voor meerdere technologiegeneraties. Met kerncompetenties op het gebied van kristalgroei, precisieverwerking en functionele coatingtechnologieën levert XKH hoogwaardige substraten en epitaxiale wafers voor geavanceerde toepassingen in vermogenselektronica, RF-communicatie en opto-elektronische systemen. Ons productie-ecosysteem omvat gepatenteerde processen voor de productie van siliciumcarbide- en galliumnitridewafers van 4-8 inch met toonaangevende defectcontrole, terwijl we actieve R&D-programma's onderhouden voor opkomende materialen met ultrabrede bandgap, waaronder galliumoxide en diamanthalfgeleiders. Door strategische samenwerkingen met toonaangevende onderzoeksinstellingen en apparatuurfabrikanten heeft XKH een flexibel productieplatform ontwikkeld dat zowel grootschalige productie van gestandaardiseerde producten als gespecialiseerde ontwikkeling van op maat gemaakte materiaaloplossingen ondersteunt. De technische expertise van XKH richt zich op het aanpakken van cruciale industriële uitdagingen, zoals het verbeteren van de waferuniformiteit voor vermogenscomponenten, het verbeteren van het thermisch beheer in RF-toepassingen en het ontwikkelen van nieuwe heterostructuren voor de volgende generatie fotonische componenten. Door geavanceerde materiaalkunde te combineren met de mogelijkheden van precisietechniek, zorgt XKH ervoor dat klanten prestatiebeperkingen in hoogfrequente, krachtige en extreme omgevingen kunnen overwinnen. Tegelijkertijd ondersteunt XKH de transitie van de binnenlandse halfgeleiderindustrie naar een grotere onafhankelijkheid van de toeleveringsketen.
Hieronder ziet u de 12 inch saffierwafer en het 12 inch SiC-substraat van XKH:
Plaatsingstijd: 06-06-2025