Os semicondutores serven como pedra angular da era da información, e cada iteración do material redefine os límites da tecnoloxía humana. Desde os semicondutores baseados en silicio de primeira xeración ata os materiais de banda prohibida ultraancha de cuarta xeración actuais, cada salto evolutivo impulsou avances transformadores nas comunicacións, a enerxía e a informática. Ao analizar as características e a lóxica de transición xeracional dos materiais semicondutores existentes, podemos predicir as posibles direccións para os semicondutores de quinta xeración, á vez que exploramos as vías estratéxicas de China neste ámbito competitivo.
I. Características e lóxica evolutiva de catro xeracións de semicondutores
Semicondutores de primeira xeración: a era da Fundación Silicio-Xermanio
Características: Os semicondutores elementais como o silicio (Si) e o xermanio (Ge) ofrecen rendibilidade e procesos de fabricación maduros, pero presentan intervalos de banda estreitos (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), o que limita a tolerancia á tensión e o rendemento a alta frecuencia.
Aplicacións: circuítos integrados, células solares, dispositivos de baixa tensión/baixa frecuencia.
Impulsor da transición: A crecente demanda de rendemento de alta frecuencia/alta temperatura en optoelectrónica superou as capacidades do silicio.
Semicondutores de segunda xeración: a revolución dos compostos III-V
Características: Os compostos III-V como o arseniuro de galio (GaAs) e o fosfuro de indio (InP) presentan intervalos de banda máis amplos (GaAs: 1,42 eV) e unha alta mobilidade de electróns para aplicacións fotónicas e de radiofrecuencia.
Aplicacións: dispositivos RF 5G, díodos láser, comunicacións por satélite.
Desafíos: escaseza de materiais (abundancia de indio: 0,001 %), elementos tóxicos (arsénico) e altos custos de produción.
Controlador de transición: as aplicacións de enerxía/potencia esixían materiais con tensións de ruptura máis elevadas.
Semicondutores de terceira xeración: revolución enerxética de bandas anchas
Características: O carburo de silicio (SiC) e o nitruro de galio (GaN) proporcionan intervalos de banda >3 eV (SiC:3,2 eV; GaN:3,4 eV), con condutividade térmica superior e características de alta frecuencia.
Aplicacións: sistemas de propulsión para vehículos eléctricos, inversores fotovoltaicos, infraestrutura 5G.
Vantaxes: aforro de enerxía superior ao 50 % e redución de tamaño do 70 % en comparación co silicio.
Impulsor da transición: a IA/computación cuántica require materiais con métricas de rendemento extremas.
Semicondutores de cuarta xeración: Fronteira de banda prohibida ultraancha
Características: O óxido de galio (Ga₂O₃) e o diamante (C) alcanzan intervalos de banda de ata 4,8 eV, combinando unha resistencia de activación ultrabaixa cunha tolerancia de tensión de clase kV.
Aplicacións: circuítos integrados de ultra alta tensión, detectores de ultravioleta profundo, comunicación cuántica.
Avances: os dispositivos de Ga₂O₃ soportan >8 kV, o que triplica a eficiencia do SiC.
Lóxica evolutiva: son necesarios saltos de rendemento a escala cuántica para superar os límites físicos.
I. Tendencias dos semicondutores de quinta xeración: materiais cuánticos e arquitecturas 2D
Os vectores de desenvolvemento potenciais inclúen:
1. Illantes topolóxicos: a condución superficial con illamento a granel permite electrónica sen perdas.
2. Materiais 2D: o grafeno/MoS₂ ofrece unha resposta de frecuencia THz e unha compatibilidade electrónica flexible.
3. Puntos cuánticos e cristais fotónicos: a enxeñaría de bandas prohibidas permite a integración optoelectrónica-térmica.
4. Biosemicondutores: materiais de autoensamblaxe baseados en ADN/proteínas que unen a bioloxía e a electrónica.
5. Impulsores clave: IA, interfaces cerebro-computadora e demandas de supercondutividade a temperatura ambiente.
II. Oportunidades de semicondutores na China: de seguidor a líder
1. Avances tecnolóxicos
• 3.ª xeración: produción en masa de substratos de SiC de 8 polgadas; MOSFET de SiC de calidade automotriz en vehículos BYD
• 4.ª xeración: avances na epitaxia de Ga₂O₃ de 8 polgadas por parte de XUPT e CETC46
2. Apoio ás políticas
• O 14.º Plan Quinquenal prioriza os semicondutores de terceira xeración
• Establecemento de fondos industriais provinciais de cen mil millóns de yuans
• Fitos Dispositivos de GaN de 6 a 8 polgadas e transistores de Ga₂O₃ incluídos entre os 10 principais avances tecnolóxicos en 2024
III. Desafíos e solucións estratéxicas
1. Atasco técnico
• Crecemento cristalino: baixo rendemento para bólas de gran diámetro (por exemplo, craqueamento de Ga₂O₃)
• Estándares de fiabilidade: Falta de protocolos establecidos para probas de envellecemento de alta potencia/alta frecuencia
2. Lagoas na cadea de subministración
• Equipamento: <20 % de contido nacional para produtores de cristais de SiC
• Adopción: Preferencia augas abaixo para os compoñentes importados
3. Vías estratéxicas
• Colaboración entre a industria e o mundo académico: baseada no modelo da «Alianza de semicondutores de terceira xeración»
• Enfoque de nicho: Priorizar as comunicacións cuánticas/novos mercados enerxéticos
• Desenvolvemento do talento: Establecer programas académicos de “Ciencia e enxeñaría de chips”
Desde o silicio ata o Ga₂O₃, a evolución dos semicondutores narra o triunfo da humanidade sobre os límites físicos. A oportunidade da China reside en dominar os materiais de cuarta xeración e ser pioneira en innovacións de quinta xeración. Como sinalou o académico Yang Deren: «A verdadeira innovación require forxar camiños inexplorados». A sinerxía entre a política, o capital e a tecnoloxía determinará o destino dos semicondutores da China.
XKH emerxeu como un provedor de solucións verticalmente integrado especializado en materiais semicondutores avanzados en múltiples xeracións tecnolóxicas. Con competencias básicas que abarcan o crecemento de cristais, o procesamento de precisión e as tecnoloxías de revestimento funcional, XKH ofrece substratos de alto rendemento e obleas epitaxiais para aplicacións de vangarda en electrónica de potencia, comunicacións de radiofrecuencia e sistemas optoelectrónicos. O noso ecosistema de fabricación abrangue procesos patentados para a produción de obleas de carburo de silicio e nitruro de galio de 4 a 8 polgadas con control de defectos líder na industria, ao tempo que mantén programas activos de I+D en materiais emerxentes de banda prohibida ultraancha, incluíndo semicondutores de óxido de galio e diamante. A través de colaboracións estratéxicas con institucións de investigación e fabricantes de equipos líderes, XKH desenvolveu unha plataforma de produción flexible capaz de soportar tanto a fabricación de alto volume de produtos estandarizados como o desenvolvemento especializado de solucións de materiais personalizadas. A experiencia técnica de XKH céntrase en abordar desafíos críticos da industria, como mellorar a uniformidade das obleas para dispositivos de potencia, mellorar a xestión térmica en aplicacións de radiofrecuencia e desenvolver novas heteroestruturas para dispositivos fotónicos de próxima xeración. Ao combinar a ciencia avanzada dos materiais coas capacidades de enxeñaría de precisión, XKH permite aos clientes superar as limitacións de rendemento en aplicacións de alta frecuencia, alta potencia e ambientes extremos, ao tempo que apoia a transición da industria nacional de semicondutores cara a unha maior independencia da cadea de subministración.
As seguintes son as obleas de zafiro de 12 polgadas e o substrato de SiC de 12 polgadas de XKH:
Data de publicación: 06-06-2025