Según las autoridades de la industria, China tiene previsto incluir su firme apoyo al desarrollo de la industria de semiconductores de tercera generación en el "decimocuarto plan quinquenal". Planea implementar la educación, la investigación científica, el desarrollo, la financiación, las aplicaciones, etc. durante 2021-2025. Apoyar enérgicamente el desarrollo de la industria de semiconductores de tercera generación con miras a lograr la independencia de la industria.
Entonces, el viernes 4 de septiembre, el grupo organizó una ola límite diaria de 20 cm. Tecnología Xiaocheng, Yudiamond, Minde Electronics, Yishite, Jucan Optoelectronics, Qianzhao Optoelectronics, Lianjian Optoelectronics 20% de límite diario, Roshow Technology, Leo comparte el 10% de límite diario. Sanan Optoelectronics, que tiene un valor de mercado de 100 mil millones de yuanes, subió un 8,02%.
¿Qué es el semiconductor de tercera generación?
El semiconductor de tercera generación es un material semiconductor con banda prohibida ancha basado en carburo de silicio SiC y nitruro de galio GaN. Tiene un campo eléctrico de alta degradación, alta velocidad de electrones saturados, alta conductividad térmica, alta densidad de electrones, alta movilidad y puede soportar alta potencia. Caracteristicas.
¿Cuál es la diferencia entre los semiconductores de primera, segunda y tercera generación?
1. Material:
Los materiales semiconductores de primera generación se inventaron y usaron en la década de 1950, representados por silicio (Si) y germanio (Ge), especialmente Si, que formaron la base de todos los dispositivos lógicos. La potencia de cálculo de nuestra CPU y GPU es inseparable del crédito de Si.
La segunda generación de materiales semiconductores, inventada y utilizada en la década de 1980, se refiere principalmente a materiales semiconductores compuestos, representados por arseniuro de galio (GaAs) y fosfuro de indio (InP). Entre ellos, GaAs juega un papel importante en los dispositivos amplificadores de potencia de RF, e InP se usa ampliamente en dispositivos de comunicación óptica ...
Los semiconductores de tercera generación se inventaron y utilizaron en los primeros años de este siglo. Surgieron carburo de silicio (SiC), nitruro de galio (GaN), óxido de zinc (ZnO), diamante (C), nitruro de aluminio (AlN), etc. Materiales semiconductores emergentes con características de banda ancha (p. Ej.> 2,3 eV), por lo que también se denominan materiales semiconductores de banda ancha.
2. Band gap:
Los materiales semiconductores de primera generación pertenecen al intervalo de banda indirecto, intervalo de banda estrecho; los materiales semiconductores de segunda generación, intervalo de banda directo, intervalo de banda estrecho; los materiales semiconductores de tercera generación, intervalo de banda ancho, intervalo de banda directo de componente completo.
En comparación con los materiales semiconductores tradicionales, la banda prohibida más amplia permite que el material funcione a temperaturas más altas, voltajes más altos y frecuencias de conmutación más rápidas.
3. Aplicación:
Los materiales semiconductores de primera generación se utilizan principalmente para la fabricación de chips y dispositivos discretos;
Los materiales semiconductores de segunda generación se utilizan principalmente para fabricar dispositivos electrónicos de alta velocidad, alta frecuencia, alta potencia y emisores de luz. También son materiales excelentes para fabricar dispositivos de microondas y ondas milimétricas de alto rendimiento. Se utilizan ampliamente en comunicaciones por microondas, comunicaciones ópticas, comunicaciones por satélite, dispositivos optoelectrónicos y láseres. Y navegación por satélite.
Los materiales semiconductores de tercera generación se utilizan ampliamente en la producción de dispositivos electrónicos de alta temperatura, alta frecuencia, alta potencia y resistentes a la radiación, y se utilizan en iluminación de semiconductores, comunicaciones 5G, comunicaciones por satélite, comunicaciones ópticas, electrónica de potencia, aeroespacial y otros campos. La tercera generación de materiales semiconductores se ha considerado como una nueva fuerza impulsora para el desarrollo de la industria electrónica actual.
El carburo de silicio (SiC) (tercera generación) tiene las características de alto campo magnético crítico, alta velocidad de saturación de electrones y conductividad térmica extremadamente alta, lo que hace que sus dispositivos sean adecuados para escenarios de aplicación de alta frecuencia y alta temperatura. En comparación con los dispositivos de silicio (primera generación), Puede reducir significativamente la pérdida de conmutación.
Por lo tanto, SiC puede fabricar dispositivos electrónicos de alto voltaje y alta potencia, como MOSFET, IGBT, SBD, etc., para su uso en industrias como redes inteligentes y vehículos de nueva energía. En comparación con los componentes de silicio (primera generación), el nitruro de galio (GaN) (tercera generación) tiene las características de un campo magnético crítico alto, una alta velocidad de saturación de electrones y una movilidad de electrones extremadamente alta, lo que es excelente para dispositivos UHF Selección, adecuado para aplicaciones en comunicaciones 5G, radiofrecuencia de microondas y otros campos.
Los materiales semiconductores de tercera generación tienen las características de resistencia a alta temperatura, alta potencia, alto voltaje, alta frecuencia y alta radiación. En comparación con los semiconductores basados en silicio (Si) de primera generación, puede reducir la pérdida de energía en más del 50%, al tiempo que reduce el volumen del equipo en un 75%. lo anterior.
Los semiconductores de tercera generación pertenecen al concepto de la Ley posterior a Moore, y los requisitos para el proceso de fabricación y los equipos son relativamente bajos. La dificultad radica en la preparación de materiales semiconductores de tercera generación y, al mismo tiempo, debe haber ventajas en el diseño.
Estado actual de los semiconductores de tercera generación
Debido a las desventajas del equipo de fabricación, el proceso de fabricación y el costo, los materiales semiconductores de tercera generación solo se han utilizado en un rango pequeño durante muchos años y no pueden desafiar el dominio de los semiconductores basados en Si.
En la actualidad, la tecnología de sustrato de carburo de silicio (SiC) es relativamente simple, se han logrado 4 pulgadas de producción en masa en China y se han completado 6 pulgadas de investigación y desarrollo.
La tecnología de preparación de nitruro de galio (GaN) aún debe mejorarse. Actualmente, las empresas nacionales pueden producir sustratos de 2 pulgadas en lotes pequeños, tener una capacidad de producción de sustrato de 4 pulgadas y desarrollar muestras de 6 pulgadas.
Oportunidades para semiconductores de tercera generación
Impulsados por las nuevas demandas del mercado, como 5G y vehículos de nueva energía, se espera que los materiales semiconductores de tercera generación marquen el comienzo de un desarrollo acelerado.
Con la aparición de nuevos mercados como el 5G y los vehículos de nueva energía, el rendimiento de los semiconductores basados en silicio (Si) ya no puede satisfacer completamente la demanda, y se han amplificado las ventajas del carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), los semiconductores de tercera generación.
Además, los avances en la tecnología de fabricación han llevado a la disminución continua en el costo de los dispositivos de carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN), y se demostrarán plenamente las ventajas rentables del carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN).
El carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), los puntos centrales de crecimiento del semiconductor de tercera generación en el futuro, tienen sus propias ventajas.
Uno
Carburo de silicio (SiC)
Se utiliza a menudo en dispositivos de potencia, adecuado para escenarios de alto voltaje por debajo de 600 V y ampliamente utilizado en campos de electrónica de potencia como vehículos de nueva energía, pilas de carga, tránsito ferroviario, energía fotovoltaica y energía eólica. La tasa de crecimiento compuesta de los vehículos de nueva energía y el tránsito ferroviario es relativamente rápida, lo que se espera que se convierta en la principal fuerza impulsora del rápido crecimiento del mercado de SiC. Se estima que para 2023, el tamaño del mercado de dispositivos de energía de SiC superará los US $ 1.500 millones, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 31%.
1. [Vehículos de nueva energía]
En el campo de los vehículos de nueva energía, los dispositivos de carburo de silicio (SiC) se pueden utilizar principalmente en unidades de control de potencia, inversores y cargadores a bordo. El peso ligero, la alta eficiencia y la resistencia a altas temperaturas de los dispositivos de potencia de SiC ayudan a reducir eficazmente el costo de los sistemas de vehículos de nueva energía.
En 2018, Tesla Model 3 adoptó un inversor de SiC producido por STMicroelectronics y fue la primera empresa de automóviles en integrar un módulo de potencia de SiC completo en el inversor principal.
Tomemos como ejemplo el dispositivo de potencia de SiC montado en el Modelo 3. Sus características livianas ahorran el espacio interno de los vehículos eléctricos, sus características de alta eficiencia reducen efectivamente el costo de las baterías de los vehículos eléctricos y su resistencia a altas temperaturas reduce los requisitos del sistema de enfriamiento y ahorra enfriamiento. costo.
Además, el recién lanzado BYD Han EV también está equipado con un módulo de control SiC-MOSFET de alto rendimiento desarrollado y fabricado de forma independiente por BYD.
2. [Tránsito ferroviario]
En el campo del tránsito ferroviario, los dispositivos de SiC se utilizan principalmente en los convertidores de tracción del tránsito ferroviario, que pueden mejorar en gran medida la eficiencia de los dispositivos convertidores de tracción, lo que está en línea con la tendencia de desarrollo del tránsito ferroviario verde, la miniaturización y el peso ligero.
El tren 0312 de la línea 3 de Suzhou, que se ha puesto en marcha recientemente, es el primer proyecto de sistema de tracción nacional basado en tecnología de convertidor de SiC. El uso de tecnología completa de semiconductores SiC en lugar de la tecnología IGBT tradicional reduce el ruido mientras mejora la eficiencia del sistema y mejora la comodidad de los pasajeros.
dos
Nitruro de galio (GaN)
Centrarse en el rendimiento de alta frecuencia, ampliamente utilizado en estaciones base, radares, industria, campos de electrónica de consumo:
1. [estación base 5G]
Los dispositivos de radiofrecuencia GaN pueden cumplir con mayor eficacia los requisitos de las bandas de frecuencia de comunicación y alta potencia 5G. La tasa de crecimiento compuesta de la estación base 5G y la carga rápida es relativamente rápida, y se espera que se convierta en la principal fuerza impulsora del rápido crecimiento del mercado de GaN. La proporción de estaciones base basadas en tecnología GaN aumentará del 50% al 58%, lo que generará una gran demanda de GaN.
Se estima que para 2022, el tamaño del mercado de dispositivos de nitruro de galio (GaN) superará los 2.500 millones de dólares estadounidenses, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 17%.
2, [agradable]
GaN tiene las ventajas de una pequeña resistencia, baja pérdida y alta eficiencia de conversión de energía. Los cargadores hechos de GaN también pueden lograr un volumen menor. Android es el primero en introducir la tecnología GaN en el campo de la carga rápida. Con la rápida disminución de los costos de producción de GaN, se espera que la carga rápida de GaN se convierta en la próxima aplicación decisiva en el campo de la electrónica de consumo. Se espera que el mercado mundial de semiconductores de potencia de GaN crezca de 8,73 millones de dólares estadounidenses en 2018 a 350 millones de dólares estadounidenses en 2024, con una tasa de crecimiento compuesta del 85%.
En septiembre de 2019, OPPO lanzó SuperVOOC 2.0, el primer cargador GaN doméstico con una potencia de carga de 65W; en febrero de 2020, Xiaomi lanzó un cargador GaN de 65W, que es un 48% más pequeño que el cargador de portátil Xiaomi y tiene un nuevo precio bajo en la industria.
Con la mejora gradual de la tecnología GaN, el efecto de escala generará costos cada vez más bajos, y la tasa de penetración de los cargadores de GaN continuará aumentando en el futuro.
La brecha entre los materiales semiconductores de tercera generación de China y el mundo
1. China tiene la brecha más grande con el mundo en la primera generación de materiales semiconductores, representada por el silicio (Si).
1. Equipo de producción: Casi todas las fundiciones de obleas utilizarán equipos de empresas estadounidenses. En 2019, tres de los 5 principales fabricantes de equipos de chips del mundo son de Estados Unidos; y North Huachuang de China, China Micro Semiconductor, Shanghai Microelectronics, etc. Las destacadas empresas de chips de China solo han logrado avances en algunas subdivisiones, como equipos de grabado, equipos de limpieza y máquinas de litografía, y la tasa de localización en el campo de los equipos es inferior al 20%.
2. Materiales aplicados: Estados Unidos ha ocupado el primer lugar durante muchos años consecutivos. Los fotorresistentes de alta gama de China casi dependen de las importaciones. Los cinco principales proveedores de obleas de silicio del mundo representan hasta el 92,8% de la capacidad de producción. Estados Unidos, Japón y Corea del Sur tienen monopolios. estado.
3. Producción OEM: la participación de mercado de TSMC en 2019 fue tan alta como 52%, Samsung de Corea del Sur representó aproximadamente el 18% y la mejor empresa de fabricación de chips de China, SMIC, solo representó el 5%, y hubo una diferencia de 30 años entre los dos primeros en el proceso. brecha.
2. El arseniuro de galio (GaAs) representado por los materiales semiconductores de segunda generación de China ha mostrado signos de avance.
1. Enlace de obleas de GaAs: según los datos de Strategy Analytics, los cuatro principales fabricantes de obleas epitaxiales de GaAs en 2018 son IQE (Reino Unido), New Optoelectronics (VPEC, Taiwán), Sumitomo Chemicals (Japón) e Intel. Lei (IntelliEPI, Taiwán), la cuota de mercado es del 54%, 25%, 13%, 6%. CR4 es tan alto como 98%.
2. En el vínculo de fabricación de obleas de GaAs (Fundición + IDM): las fundiciones con sede en Taiwán son la corriente principal, y Wen Mao (Taiwán) es la única, que ocupa el 71% del mercado de fundición de obleas de GaAs, seguida de Macro República Checa (Taiwán) y Universal (GCS, Estados Unidos) son 9% y 8% respectivamente.
3. Desde la perspectiva de los productos de arseniuro de galio (basados en PA), el patrón de competencia mundial también está dominado por los fabricantes europeos y estadounidenses, con el mayor Skyworks (Skyworks) con una participación de mercado del 30,7%, seguido de Qorvo (Kovo, RFMD y TriQuint se fusionó), con una participación de mercado del 28%, el tercero es Avago (adquirida por Avago, Broadcom). Los tres son empresas estadounidenses.
En los tres principales eslabones de la cadena industrial del arseniuro de galio: obleas, fundición de fabricación de obleas y componentes centrales, actualmente todos están dominados por fabricantes europeos, estadounidenses, japoneses y taiwaneses. Las empresas chinas comenzaron tarde y tienen una voz débil en la cadena de la industria.
Sin embargo, desde la perspectiva de tres enlaces, ya hay signos de avance. Por ejemplo, Huawei desarrolló los componentes clave de PA de radiofrecuencia de teléfonos móviles a través de su propia investigación y desarrollo y luego transfirió los pedidos a Sanan Optoelectronics.
4. China tiene una buena oportunidad para ponerse al día y superar a la tercera generación de materiales semiconductores representados por el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC).
Dado que las industrias de aplicaciones y materiales semiconductores de tercera generación se inventaron y aplicaron a principios de este siglo, la investigación y el nivel de varios países no están muy lejos. La industria nacional y los expertos creen que los materiales semiconductores de tercera generación se han convertido en una situación pasiva para que podamos deshacernos de los circuitos integrados (chips). Aproveche una buena oportunidad para que la tecnología de chips se ponga al día y supere.
Al igual que la industria del automóvil, China ha utilizado el modelo de desarrollar vehículos de nueva energía para reducir la distancia con las potencias automotrices de Estados Unidos, Europa y Japón, y ha logrado adelantamientos en curvas y adelantamientos por cambio de carril en ciertas áreas. Los materiales de tercera generación y media tienen un rendimiento excelente y se utilizarán ampliamente en el futuro. Existe la posibilidad de ponerse al día en este sentido.
Empresas relacionadas con materiales semiconductores de tercera generación de China
Editar | Chen Jinglan
Corrección de textos | Zhong Miaoli
Auditoría | Huang Xiaoming
Fuente | Foro de Semiconductores de China
Productos secos | 5G conocimientos básicos completos
Mi nombre es "Círculo de la industria 5G"
Mantenga pulsado para escanear el código a seguir
¡La información más reciente sobre 5G está aquí!