Académico Zheng youzhao: La tercera generación de semiconductores abre nuevas oportunidades de desarrollo

Del mismo modo, Las necesidades de desarrollo de la industria de la tecnología de la información y la tecnología de la información electrónica han impulsado el desarrollo de materiales y tecnologías semiconductores.

Materiales semiconductores de tercera generación y sus aplicaciones

Los semiconductores de tercera generación se refieren a GaN, SiC RepresentadoMateriales semiconductores de banda ancha, Es un sucesor 20 Siglo 50 Edad con Ge, Si Semiconductores de primera generación representados y 70 Edad con GaAs, InP Después de la segunda generación de semiconductores representada por 90 Nuevos materiales semiconductores de banda ancha desarrollados en la era, Es decir, el ancho de la Banda prohibida es significativamente mayor que Si (1. 12 eV) Y GaAs (1. 43 eV) Materiales semiconductores, Generalmente se define comoEl ancho de la Banda prohibida es mayor que 2 eV Material.

En la actualidad, ha atraído mucha atención 3 Materiales similares: (1) III Semiconductores de nitruro del GrupoIncluye GaN (3. 4 eV) , InN (0. 7 eV) Y AlN (6. 2 eV) Y sus materiales de aleación de solución sólida; (2) Banda ancha prohibida IV Compuestos del GrupoDe SiC (2. 4~3. 1 eV) Y películas de diamante (5. 5 eV) Material; (3) Semiconductores de óxido de banda anchaIncluye Zn Semiconductores de óxido de base (2. 8~4. 0 eV) De ZnO, ZnMgO, ZnCdO Materiales y óxido de galio (β-Ga₂O₃, 4. 9 eV) . Entre ellos GaN, SiC Los materiales se han aplicado con éxito en muchos campos industriales.

EnCampo optoelectrónico, Basado en GaN, InN, AlN Excelentes características fotoeléctricas de la brecha de energía directa de todos los componentes de la aleación de solución sólida formada por ella, DesarrolladoFuente de luz luminosa de estado sólido de alta eficienciaYDispositivo de detección ultravioleta de estado sólido, Llena el vacío de la tecnología Optoelectrónica de semiconductores de longitud de onda corta, Iluminación de luz blanca encendida, Más allá de la iluminación, Pancolor LED Nueva era de visualización y detección ultravioleta de estado sólido, Después de acercarse 20 Años de desarrollo, La tecnología está madurando, La industria florece, Se han logrado grandesCiencia, Beneficios económicos y sociales, 2019 El tamaño anual del mercado alcanza 6388 100 millones de yuanes.

EnCampo electrónico, Basado en GaN, SiC Brecha de banda ancha, Alta velocidad de saturación electrónica, Campo eléctrico de alta ruptura, Propiedades electrónicas superiores de materiales como Alta conductividad térmica y baja Permitividad, Se ha desarrollado una alta eficiencia energética, Bajo consumo de energía, De alto rendimiento extremo y resistencia a entornos hostilesNueva generación de dispositivos de microondas y radiofrecuencia (GaN) YDispositivos electrónicos de potencia (SiC, GaN) .

GaN Dispositivos de radiofrecuenciaCon GaAs En comparación, Con un voltaje de trabajo más alto, Mayor potencia, Más eficiente, Alta densidad de potencia, Mayor temperatura de trabajo y mayor resistencia a la radiación.

Dispositivos electrónicos de potenciaCon Si En comparación, Con un voltaje de trabajo más alto, Alta densidad de potencia, Alta frecuencia de trabajo, Resistencia de bajo estado, Corriente de fuga inversa extremadamente baja y resistencia a altas temperaturas, Propiedades resistentes a la irradiación.

Nuevas oportunidades en la nueva era de la infraestructura

Actual, China está haciendo esfuerzos para implementarlo 5G Comunicación, Internet de las cosas, Big data, Computación en la nube e inteligencia artificialNueva generación de tecnología de la informaciónY su red de vehículos de motor, Red de trabajadores, Fabricación inteligente, Energía inteligente, Ciudad inteligente, Salud médica, Transformación, modernización y desarrollo de industrias verticales como el transporte ferroviarioConstrucción de nuevas infraestructuras (Nueva infraestructura) , Promover la innovación económica y Social y el desarrollo de China, Desarrollo de alta calidad.

5G Las necesidades de nueva infraestructura de los tiemposTracción, Convertirse en la tercera generación de semiconductores 21 A principios del siglo xx, de acuerdo con las necesidades estratégicas del desarrollo energético y ambiental mundial, marcó el comienzo de la LED Después de las oportunidades de desarrollo caracterizadas por la industria de la iluminación de semiconductores, También marcó el comienzo de la industria de la tecnología electrónica de semiconductores de tercera generaciónUna nueva ronda de nuevas oportunidades de desarrollo.

La tecnología electrónica de semiconductores de tercera generaciónAlta eficiencia energética, Bajo consumo de energía, Alto Rendimiento ExtremoYResistencia al ambiente hostilLas ventajas insustituibles se comparan en los campos de la radiofrecuencia de microondas y la electrónica de potencia 5G Desarrollo de la tecnología de la información, La implementación de la nueva infraestructura desempeña su importante papel de apoyo desde el Fondo de la tecnología.

Dispositivos de radiofrecuenciaEs el dispositivo básico central de la tecnología de radiofrecuencia, ComoAmplificación de potencia de radiofrecuencia, Interruptor de radiofrecuencia activoYFuente de potencia de radiofrecuenciaTiene amplias perspectivas de aplicación.

GaN Dispositivos de radiofrecuenciaHorizontal con silicio tradicionalSemiconductores de óxido metálico de difusión hacia (Si-LDMOS) Y GaAs Comparación de dispositivos, TenerMayor tensión de trabajo, Mayor potencia, Más eficiente, Alta densidad de potencia, Mayor temperatura de trabajo y mayor resistencia a la radiaciónVentajas, Apoyar la implementación de nuevas infraestructuras, De radares de alto nivel y alta gama, Confrontación electrónica, Entran aplicaciones de equipos electrónicos militares como la navegación y las comunicaciones espaciales 5G Estación base, Internet de las cosas, Radar láser, Radar de ondas milimétricas para vehículos sin conductor, Una amplia gama de campos civiles, como la inteligencia artificial y las fuentes de potencia de radiofrecuencia de estado sólido universal, Abrir un enorme mercado de electrónica de consumo, Se esperaRemodelar el nuevo patrón de desarrollo en el campo de la tecnología de radiofrecuencia.

Por ejemplo, GaNDispositivos de radiofrecuencia como5GAmplificador de potencia de radiofrecuencia de la Estación base (PA) Dispositivos centrales, Resolver los problemas que enfrenta el sistema de comunicación de la Estación baseEnorme cuello de botella del consumo de energía, DesencadenarGaNCrecimiento explosivo de la demanda de dispositivos de radiofrecuencia.

5G Trabajo en la Sección de alta frecuencia de la estación de Hongji, Gran pérdida, Distancia de transmisión corta, 5G La Estación base debe alcanzar 4G El mismo objetivo de cobertura de la señal, Será necesario 4G Número de estaciones base 3~4 Veces (China en la actualidad 4G Estación base 445 Diez mil) , 5G La Estación base adopta la tecnología de antenas de matriz a gran escala para mejorar la capacidad de la red (MIMO) , 64 Canal MIMO Estación de base única de antena de matriz PA La demanda es cercana 200 Uno, De esta manera 5G El consumo de energía de la Estación base es 4G De 3~4 Veces, 5G El consumo general de energía de la Estación base será 4G De 9 Más del doble.

Por lo tanto, GaN Los dispositivos de radiofrecuencia se convierten en 5G Estación base PA Una elección inevitable, También 4G Estación base PA La dirección principal de la actualización; La implementación de la nueva infraestructura es GaN Los dispositivos de radiofrecuencia se han desarrollado en el campo del radarAmplios escenarios de aplicación civil.

GaN El radar de ondas milimétricas tienePequeño tamaño, Peso ligero y alta resolución y humo penetrante, Brumas, Fuerte capacidad de polvo, Características de la distancia de transmisión, Se conectará en el coche, Internet de las cosas, Fabricación inteligente, La sociedad inteligente y muchos otros campos han sido ampliamente utilizados, Por ejemplo 77 GHz Banda de frecuencia GaN Radar de ondas milimétricas como detector remoto de vehículos autónomos, Para percibir con precisión los obstáculos periféricos, Para lograr el frenado automático de emergencia, Crucero adaptativo, Alerta de colisión delantera, etcFunciones en el campo de la seguridad activa.

Los dispositivos electrónicos de potencia sonConversión de energía eléctrica, GestiónDispositivos centrales, La eficiencia energética del dispositivo determina el sistema electrónico, Consumo de energía de equipos y productos, Volumen y tamaño de masa, Costo y fiabilidad y resistencia de los terminales móviles inteligentes.

La demanda de dispositivos electrónicos de potencia es cada vez mayor en sistemas o equipos electrónicos modernos, No solo se pideMayor densidad de potenciaYMayor eficiencia energéticaY requiereCaracterísticas extremas altasYResistencia al ambiente hostil, Tradicional Si La eficiencia de conversión de los dispositivos electrónicos de potencia es baja, Hay que pagar un enorme consumo de energía, Y el rendimiento del dispositivo es como bloquear el voltaje, Frecuencia de conmutación, La mejora de la eficiencia y fiabilidad de la conversión se acerca gradualmente Si Límites físicos de los materiales, Enfrentar graves desafíos.

SiC, GaN Los dispositivos electrónicos de potencia tienen más allá Si Excelentes características de los dispositivos, Satisfecho 5G Nuevas necesidades en el campo de la nueva infraestructura de tecnología de la información, Resolver el Centro de datos, Enormes cuellos de botella de consumo de energía y soporte que enfrentan infraestructuras de información como estaciones base inalámbricas IT Implementación de terminales inteligentes móvilesMiniaturización, Ligero, Y mejorar la resistencia, Apoyar vehículos de nueva energía, Energía inteligente, Tránsito ferroviario, Fabricación inteligente, etcDesarrollo Industrial en áreas de aplicación de nuevas ventajas de infraestructuraNecesidades urgentes.

SiC, GaN Dispositivos electrónicos de potencia debido a suDiferencias en las propiedades eléctricas de los materialesAdecuado para diferentes escenarios de aplicación eléctrica: SiC Dispositivos de potencia aplicados a alta tensión, Control eléctrico de alta potencia, Como los vehículos de nueva energía y su infraestructura de carga y los inversores eléctricos de nueva energía y los sistemas de energía inteligentes.

Según los datos de la prueba, Adopción de vehículos de nueva energía SiC El inversor del módulo de potencia puede reducir el interruptor de pérdida 75% (Temperatura del chip 215℃) , El tamaño del inversor disminuye 43%, Reducción de la calidad 6 kg, Hacer que el automóvil tenga una autonomía continuaAumentar 20%~30%.

China es la más grande del mundoVehículos de nueva energíaMercado, 2019 Ventas anuales de vehículos de nueva energía en China 116 Diez mil vehículos, Ocupar el mundo 54%, El mercado de dispositivos de potencia para vehículos ha aumentado enormemente, Para SiC La industria de dispositivos electrónicos y módulos de potencia traeUn enorme espacio para el desarrollo; GaN Dispositivos de potencia para aplicaciones de baja tensión, Control eléctrico de alta frecuencia, Frente al campo de la electrónica de consumo, tiene perspectivas de aplicación extremadamente amplias.

Especialmente por su alta frecuencia de trabajo, Pequeña pérdida dinámica, Baja resistencia a la conducción y resistencia a altas temperaturas, Excelente rendimiento con baja generación de calor, Muy adecuado para actuarAplicación de la fuente de alimentación del interruptor, Para varios terminales electrónicos de consumo modernosFuente de alimentación verde y eficiente.

Por ejemplo, como fuente de alimentación de carga rápida del conector de alimentación, Resolver Si La realización de la carga rápida de los dispositivos se enfrenta a la contradicción de aumentar la Potencia y el volumen, Pérdida y tamaño de la Potencia de la fuente de alimentaciónUna fuerte caída 50%, No solo puede acortar el tiempo de carga del teléfono móvil, Mejorar efectivamente la resistencia, Y se espera que se logre el teléfono móvil, Tabletas, Consolas de juegos, AR Gafas, VR Cascos y otras variedadesIntegración de la carga de terminales móviles, Soporte portátil IT Desarrollo de productos terminales, Convertirse en el presente GaN Salida de aire para el desarrollo de la industria electrónica de potencia, Se espera que llegue 2025 Año Mundial GaN El mercado de productos de carga rápida alcanzará 600 Más de 100 millones de yuanes.

GaN Dispositivos de potencia y SiC En comparación, El interruptor es más rápido, La resistencia al Estado es más baja, Menor pérdida de conducción, Mayor eficiencia de conversión, Fiebre más baja, Y Si Base GaN Los dispositivos tienen ventajas de menor costo, Por lo tanto GaN La tecnología electrónica de Potencia no solo tiene una amplia gama de aplicacionesSector de la electrónica de consumo, Y en la nueva infraestructura hay todo tipo deEscenarios de aplicación de media y baja tensiónTiene una perspectiva de aplicación extremadamente amplia.

Perspectivas

En 5G La era de la tecnología de la información, La tercera generación de semiconductores abre nuevas oportunidades de desarrollo, La implementación de la nueva infraestructura impulsa el desarrollo de la industria de semiconductores de tercera generación a un período de ventana dorada, Muestra un buen impulso de desarrollo, Se espera que se logre gradualmenteAutonomía y control, Seguro y confiableSistema de la industria de semiconductores de tercera generación, Con la primera generación, Semiconductores de segunda generaciónVentajas complementarias, Soporte colaborativoLa nueva generación de innovación y desarrollo de la tecnología de la información, Apoyar el desarrollo de alta calidad de la economía social de China en la nueva era.