അഞ്ചാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലുകൾക്കായുള്ള പ്രവചനങ്ങളും വെല്ലുവിളികളും

വിവര യുഗത്തിന്റെ മൂലക്കല്ലായി അർദ്ധചാലകങ്ങൾ വർത്തിക്കുന്നു, ഓരോ മെറ്റീരിയൽ ആവർത്തനവും മനുഷ്യ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ അതിരുകളെ പുനർനിർവചിക്കുന്നു. ഒന്നാം തലമുറ സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത അർദ്ധചാലകങ്ങൾ മുതൽ ഇന്നത്തെ നാലാം തലമുറ അൾട്രാ-വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് മെറ്റീരിയലുകൾ വരെ, ഓരോ പരിണാമ കുതിച്ചുചാട്ടവും ആശയവിനിമയം, ഊർജ്ജം, കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് എന്നിവയിൽ പരിവർത്തനാത്മക പുരോഗതിക്ക് കാരണമായിട്ടുണ്ട്. നിലവിലുള്ള അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളുടെ സവിശേഷതകളും തലമുറ സംക്രമണ യുക്തിയും വിശകലനം ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, ഈ മത്സര മേഖലയിൽ ചൈനയുടെ തന്ത്രപരമായ പാതകൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുമ്പോൾ അഞ്ചാം തലമുറ അർദ്ധചാലകങ്ങൾക്കുള്ള സാധ്യതയുള്ള ദിശകൾ നമുക്ക് പ്രവചിക്കാൻ കഴിയും.

I. നാല് സെമികണ്ടക്ടർ തലമുറകളുടെ സ്വഭാവ സവിശേഷതകളും പരിണാമ യുക്തിയും

ഒന്നാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടറുകൾ: സിലിക്കൺ-ജെർമേനിയം ഫൗണ്ടേഷൻ യുഗം

സ്വഭാവഗുണങ്ങൾ: സിലിക്കൺ (Si), ജെർമേനിയം (Ge) പോലുള്ള മൂലക അർദ്ധചാലകങ്ങൾ ചെലവ്-ഫലപ്രാപ്തിയും പക്വമായ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകളും വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, എന്നിരുന്നാലും ഇടുങ്ങിയ ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പുകൾ (Si: 1.12 eV; Ge: 0.67 eV) മൂലം ബുദ്ധിമുട്ടുന്നു, വോൾട്ടേജ് ടോളറൻസും ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി പ്രകടനവും പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.
ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ: ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകൾ, സോളാർ സെല്ലുകൾ, ലോ-വോൾട്ടേജ്/ലോ-ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങൾ.
സംക്രമണ ഡ്രൈവർ: ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക്സിൽ ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി/ഉയർന്ന താപനില പ്രകടനത്തിനുള്ള വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യം സിലിക്കണിന്റെ കഴിവുകളെ മറികടന്നു.

രണ്ടാം തലമുറ അർദ്ധചാലകങ്ങൾ: III-V സംയുക്ത വിപ്ലവം

സ്വഭാവഗുണങ്ങൾ: ഗാലിയം ആർസെനൈഡ് (GaAs), ഇൻഡിയം ഫോസ്ഫൈഡ് (InP) പോലുള്ള III-V സംയുക്തങ്ങൾക്ക് RF, ഫോട്ടോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി വിശാലമായ ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പുകളും (GaAs: 1.42 eV) ഉയർന്ന ഇലക്ട്രോൺ മൊബിലിറ്റിയും ഉണ്ട്.
ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ: 5G RF ഉപകരണങ്ങൾ, ലേസർ ഡയോഡുകൾ, ഉപഗ്രഹ ആശയവിനിമയങ്ങൾ.
വെല്ലുവിളികൾ: വസ്തുക്കളുടെ ദൗർലഭ്യം (ഇൻഡിയം സമൃദ്ധി: 0.001%), വിഷ മൂലകങ്ങൾ (ആർസനിക്), ഉയർന്ന ഉൽപാദനച്ചെലവ്.
ട്രാൻസിഷൻ ഡ്രൈവർ: ഊർജ്ജ/വൈദ്യുത പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് ഉയർന്ന ബ്രേക്ക്ഡൗൺ വോൾട്ടേജുള്ള വസ്തുക്കൾ ആവശ്യമാണ്.

മൂന്നാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടറുകൾ: വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് എനർജി റെവല്യൂഷൻ

സ്വഭാവഗുണങ്ങൾ: സിലിക്കൺ കാർബൈഡും (SiC) ഗാലിയം നൈട്രൈഡും (GaN) മികച്ച താപ ചാലകതയും ഉയർന്ന ആവൃത്തി സവിശേഷതകളും ഉള്ള ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പുകൾ> 3eV (SiC: 3.2eV; GaN: 3.4eV) നൽകുന്നു.
ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ: ഇവി പവർട്രെയിനുകൾ, പിവി ഇൻവെർട്ടറുകൾ, 5G ഇൻഫ്രാസ്ട്രക്ചർ.
പ്രയോജനങ്ങൾ: സിലിക്കണുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ 50%+ ഊർജ്ജ ലാഭവും 70% വലുപ്പക്കുറവും.
ട്രാൻസിഷൻ ഡ്രൈവർ: AI/ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന് അങ്ങേയറ്റത്തെ പ്രകടന മെട്രിക്സുള്ള മെറ്റീരിയലുകൾ ആവശ്യമാണ്.

നാലാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടറുകൾ: അൾട്രാ-വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് ഫ്രോണ്ടിയർ

സ്വഭാവഗുണങ്ങൾ: ഗാലിയം ഓക്സൈഡ് (Ga₂O₃), ഡയമണ്ട് (C) എന്നിവ 4.8eV വരെ ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പുകൾ നേടുന്നു, ഇത് അൾട്രാ-ലോ ഓൺ-റെസിസ്റ്റൻസും kV-ക്ലാസ് വോൾട്ടേജ് ടോളറൻസും സംയോജിപ്പിക്കുന്നു.
ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ: അൾട്രാ-ഹൈ-വോൾട്ടേജ് ഐസികൾ, ഡീപ്-യുവി ഡിറ്റക്ടറുകൾ, ക്വാണ്ടം കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ.
വഴിത്തിരിവുകൾ: Ga₂O₃ ഉപകരണങ്ങൾ 8kV യിൽ കൂടുതൽ തടുങ്ങും, ഇത് SiC യുടെ കാര്യക്ഷമത മൂന്നിരട്ടിയാക്കുന്നു.
പരിണാമ യുക്തി: ഭൗതിക പരിധികളെ മറികടക്കാൻ ക്വാണ്ടം-സ്കെയിൽ പ്രകടന കുതിപ്പ് ആവശ്യമാണ്.

I. അഞ്ചാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടർ ട്രെൻഡുകൾ: ക്വാണ്ടം മെറ്റീരിയലുകളും 2D ആർക്കിടെക്ചറുകളും

സാധ്യതയുള്ള വികസന വെക്റ്ററുകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

1. ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ: ബൾക്ക് ഇൻസുലേഷൻ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഉപരിതല ചാലകം സീറോ ലോസ് ഇലക്ട്രോണിക്സിനെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.

2. 2D മെറ്റീരിയലുകൾ: ഗ്രാഫീൻ/MoS₂ THz-ഫ്രീക്വൻസി പ്രതികരണവും വഴക്കമുള്ള ഇലക്ട്രോണിക്സ് അനുയോജ്യതയും വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.

3. ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളും ഫോട്ടോണിക് ക്രിസ്റ്റലുകളും: ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്-തെർമൽ ഇന്റഗ്രേഷൻ സാധ്യമാക്കുന്നു.

4. ബയോ-സെമിചാലകങ്ങൾ: ഡിഎൻഎ/പ്രോട്ടീൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സ്വയം-അസംബ്ലിംഗ് വസ്തുക്കൾ ജീവശാസ്ത്രത്തെയും ഇലക്ട്രോണിക്സിനെയും ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു.

5. പ്രധാന ഡ്രൈവറുകൾ: AI, ബ്രെയിൻ-കമ്പ്യൂട്ടർ ഇന്റർഫേസുകൾ, റൂം-ടെമ്പറേച്ചർ സൂപ്പർകണ്ടക്ടിവിറ്റി ആവശ്യകതകൾ.

II. ചൈനയുടെ സെമികണ്ടക്ടർ അവസരങ്ങൾ: അനുയായിയിൽ നിന്ന് നേതാവിലേക്ക്

1. സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ മുന്നേറ്റങ്ങൾ
• മൂന്നാം തലമുറ: 8 ഇഞ്ച് SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ വൻതോതിലുള്ള ഉത്പാദനം; BYD വാഹനങ്ങളിൽ ഓട്ടോമോട്ടീവ്-ഗ്രേഡ് SiC MOSFET-കൾ.
• നാലാം തലമുറ: XUPT, CETC46 എന്നിവയുടെ 8-ഇഞ്ച് Ga₂O₃ എപ്പിറ്റാക്സി മുന്നേറ്റങ്ങൾ

2. നയ പിന്തുണ
• 14-ാം പഞ്ചവത്സര പദ്ധതി മൂന്നാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടറുകൾക്ക് മുൻഗണന നൽകുന്നു.
• പ്രവിശ്യാ നൂറ് ബില്യൺ യുവാൻ വ്യാവസായിക ഫണ്ടുകൾ സ്ഥാപിച്ചു.

• 2024-ലെ മികച്ച 10 സാങ്കേതിക മുന്നേറ്റങ്ങളുടെ പട്ടികയിൽ 6-8 ഇഞ്ച് GaN ഉപകരണങ്ങളും Ga₂O₃ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളും നാഴികക്കല്ലുകൾ.

III. വെല്ലുവിളികളും തന്ത്രപരമായ പരിഹാരങ്ങളും

1. സാങ്കേതിക തടസ്സങ്ങൾ
• ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച: വലിയ വ്യാസമുള്ള ബൗളുകൾക്ക് കുറഞ്ഞ വിളവ് (ഉദാ: Ga₂O₃ പൊട്ടൽ)
• വിശ്വാസ്യത മാനദണ്ഡങ്ങൾ: ഉയർന്ന പവർ/ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ഏജിംഗ് ടെസ്റ്റുകൾക്കുള്ള സ്ഥാപിത പ്രോട്ടോക്കോളുകളുടെ അഭാവം.

2. സപ്ലൈ ചെയിൻ വിടവുകൾ
• ഉപകരണങ്ങൾ: SiC പരൽ കർഷകർക്ക് <20% ആഭ്യന്തര ഉള്ളടക്കം
• ദത്തെടുക്കൽ: ഇറക്കുമതി ചെയ്ത ഘടകങ്ങൾക്കുള്ള ഡൗൺസ്ട്രീം മുൻഗണന

3. തന്ത്രപരമായ പാതകൾ

• വ്യവസായ-അക്കാദമിയ സഹകരണം: “മൂന്നാം തലമുറ സെമികണ്ടക്ടർ അലയൻസിന്റെ” മാതൃകയിൽ.

• നിച് ഫോക്കസ്: ക്വാണ്ടം ആശയവിനിമയങ്ങൾ/പുതിയ ഊർജ്ജ വിപണികൾക്ക് മുൻഗണന നൽകുക

• പ്രതിഭ വികസനം: “ചിപ്പ് സയൻസ് & എഞ്ചിനീയറിംഗ്” അക്കാദമിക് പ്രോഗ്രാമുകൾ സ്ഥാപിക്കുക.

സിലിക്കൺ മുതൽ Ga₂O₃ വരെയുള്ള സെമികണ്ടക്ടർ പരിണാമം ഭൗതിക പരിമിതികൾക്ക് മേലുള്ള മനുഷ്യരാശിയുടെ വിജയത്തെ വിവരിക്കുന്നു. അഞ്ചാം തലമുറയിലെ നവീകരണങ്ങൾക്ക് തുടക്കമിടുന്നതിനൊപ്പം നാലാം തലമുറയിലെ വസ്തുക്കളിൽ പ്രാവീണ്യം നേടുന്നതിലാണ് ചൈനയുടെ അവസരം. അക്കാദമിഷ്യൻ യാങ് ഡെറൻ സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ: "യഥാർത്ഥ നവീകരണത്തിന് സഞ്ചരിക്കാത്ത പാതകൾ കെട്ടിപ്പടുക്കേണ്ടതുണ്ട്." നയം, മൂലധനം, സാങ്കേതികവിദ്യ എന്നിവയുടെ സമന്വയം ചൈനയുടെ സെമികണ്ടക്ടർ വിധി നിർണ്ണയിക്കും.

ഒന്നിലധികം സാങ്കേതിക തലമുറകളിലായി നൂതന സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലുകളിൽ വൈദഗ്ദ്ധ്യം നേടിയ ഒരു ലംബമായി സംയോജിപ്പിച്ച പരിഹാര ദാതാവായി XKH ഉയർന്നുവന്നിട്ടുണ്ട്. ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച, കൃത്യതയുള്ള പ്രോസസ്സിംഗ്, ഫങ്ഷണൽ കോട്ടിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള പ്രധാന കഴിവുകളോടെ, പവർ ഇലക്ട്രോണിക്സ്, RF കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ്, ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റങ്ങൾ എന്നിവയിലെ അത്യാധുനിക ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി XKH ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകളും നൽകുന്നു. ഗാലിയം ഓക്സൈഡ്, ഡയമണ്ട് സെമികണ്ടക്ടറുകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ ഉയർന്നുവരുന്ന അൾട്രാ-വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് മെറ്റീരിയലുകളിൽ സജീവമായ R&D പ്രോഗ്രാമുകൾ നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട്, വ്യവസായ-പ്രമുഖ വൈകല്യ നിയന്ത്രണത്തോടെ 4-8 ഇഞ്ച് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്, ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് വേഫറുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള പ്രൊപ്രൈറ്ററി പ്രക്രിയകളെ ഞങ്ങളുടെ നിർമ്മാണ ആവാസവ്യവസ്ഥ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. പ്രമുഖ ഗവേഷണ സ്ഥാപനങ്ങളുമായും ഉപകരണ നിർമ്മാതാക്കളുമായും തന്ത്രപരമായ സഹകരണത്തിലൂടെ, സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ഉയർന്ന അളവിലുള്ള നിർമ്മാണത്തെയും ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കിയ മെറ്റീരിയൽ സൊല്യൂഷനുകളുടെ പ്രത്യേക വികസനത്തെയും പിന്തുണയ്ക്കാൻ കഴിവുള്ള ഒരു വഴക്കമുള്ള ഉൽ‌പാദന പ്ലാറ്റ്‌ഫോം XKH വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. പവർ ഉപകരണങ്ങൾക്കായി വേഫർ ഏകീകൃതത മെച്ചപ്പെടുത്തൽ, RF ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ താപ മാനേജ്മെന്റ് വർദ്ധിപ്പിക്കൽ, അടുത്ത തലമുറ ഫോട്ടോണിക് ഉപകരണങ്ങൾക്കായി നോവൽ ഹെറ്ററോസ്ട്രക്ചറുകൾ വികസിപ്പിക്കൽ തുടങ്ങിയ നിർണായക വ്യവസായ വെല്ലുവിളികളെ അഭിസംബോധന ചെയ്യുന്നതിൽ XKH-ന്റെ സാങ്കേതിക വൈദഗ്ദ്ധ്യം ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. നൂതന മെറ്റീരിയൽ സയൻസും പ്രിസിഷൻ എഞ്ചിനീയറിംഗ് കഴിവുകളും സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി, ഉയർന്ന പവർ, അങ്ങേയറ്റത്തെ പരിസ്ഥിതി ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലെ പ്രകടന പരിമിതികൾ മറികടക്കാൻ XKH ഉപഭോക്താക്കളെ പ്രാപ്തരാക്കുന്നു, അതേസമയം കൂടുതൽ വിതരണ ശൃംഖല സ്വാതന്ത്ര്യത്തിലേക്കുള്ള ആഭ്യന്തര സെമികണ്ടക്ടർ വ്യവസായത്തിന്റെ പരിവർത്തനത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.

XKH-ന്റെ 12 ഇഞ്ച് സഫയർ വേഫറും 12 ഇഞ്ച് SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും താഴെ പറയുന്നവയാണ്: