ఐదవ తరం సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్ కోసం అంచనాలు మరియు సవాళ్లు

సమాచార యుగానికి మూలస్తంభంగా సెమీకండక్టర్లు పనిచేస్తాయి, ప్రతి పదార్థ పునరావృతం మానవ సాంకేతికత యొక్క సరిహద్దులను పునర్నిర్వచిస్తుంది. మొదటి తరం సిలికాన్-ఆధారిత సెమీకండక్టర్ల నుండి నేటి నాల్గవ తరం అల్ట్రా-వైడ్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ పదార్థాల వరకు, ప్రతి పరిణామాత్మక లీపు కమ్యూనికేషన్లు, శక్తి మరియు కంప్యూటింగ్‌లో పరివర్తనాత్మక పురోగతిని నడిపించింది. ఇప్పటికే ఉన్న సెమీకండక్టర్ పదార్థాల లక్షణాలు మరియు తరాల పరివర్తన తర్కాన్ని విశ్లేషించడం ద్వారా, ఈ పోటీ రంగంలో చైనా యొక్క వ్యూహాత్మక మార్గాలను అన్వేషిస్తూ ఐదవ తరం సెమీకండక్టర్లకు సంభావ్య దిశలను మనం అంచనా వేయవచ్చు.

I. నాలుగు సెమీకండక్టర్ తరాల లక్షణాలు మరియు పరిణామాత్మక తర్కం

మొదటి తరం సెమీకండక్టర్స్: సిలికాన్-జర్మేనియం ఫౌండేషన్ యుగం

లక్షణాలు: సిలికాన్ (Si) మరియు జెర్మేనియం (Ge) వంటి ఎలిమెంటల్ సెమీకండక్టర్లు ఖర్చు-సమర్థతను మరియు పరిణతి చెందిన తయారీ ప్రక్రియలను అందిస్తాయి, అయినప్పటికీ ఇరుకైన బ్యాండ్‌గ్యాప్‌లతో (Si: 1.12 eV; Ge: 0.67 eV) బాధపడతాయి, వోల్టేజ్ టాలరెన్స్ మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ పనితీరును పరిమితం చేస్తాయి.
అప్లికేషన్లు: ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు, సౌర ఘటాలు, తక్కువ-వోల్టేజ్/తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ పరికరాలు.
పరివర్తన డ్రైవర్: ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్‌లో అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ/అధిక-ఉష్ణోగ్రత పనితీరుకు పెరుగుతున్న డిమాండ్ సిలికాన్ సామర్థ్యాలను అధిగమించింది.

రెండవ తరం సెమీకండక్టర్స్: III-V సమ్మేళన విప్లవం

లక్షణాలు: గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) మరియు ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) వంటి III-V సమ్మేళనాలు RF మరియు ఫోటోనిక్ అనువర్తనాల కోసం విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్‌లు (GaAs: 1.42 eV) మరియు అధిక ఎలక్ట్రాన్ చలనశీలతను కలిగి ఉంటాయి.
అప్లికేషన్లు: 5G RF పరికరాలు, లేజర్ డయోడ్‌లు, ఉపగ్రహ సమాచార మార్పిడి.
సవాళ్లు: పదార్థ కొరత (ఇండియం సమృద్ధి: 0.001%), విషపూరిత మూలకాలు (ఆర్సెనిక్), మరియు అధిక ఉత్పత్తి ఖర్చులు.
పరివర్తన డ్రైవర్: శక్తి/విద్యుత్ అనువర్తనాలకు అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజీలు కలిగిన పదార్థాలు అవసరం.

మూడవ తరం సెమీకండక్టర్స్: వైడ్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ ఎనర్జీ రివల్యూషన్

లక్షణాలు: సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) మరియు గాలియం నైట్రైడ్ (GaN) అత్యుత్తమ ఉష్ణ వాహకత మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ లక్షణాలతో బ్యాండ్‌గ్యాప్‌లను >3eV (SiC:3.2eV; GaN:3.4eV) అందిస్తాయి.
అప్లికేషన్లు: EV పవర్‌ట్రెయిన్‌లు, PV ఇన్వర్టర్లు, 5G ​​మౌలిక సదుపాయాలు.
ప్రయోజనాలు: సిలికాన్‌తో పోలిస్తే 50%+ శక్తి పొదుపు మరియు 70% పరిమాణ తగ్గింపు.
పరివర్తన డ్రైవర్: AI/క్వాంటమ్ కంప్యూటింగ్‌కు తీవ్ర పనితీరు కొలమానాలు కలిగిన పదార్థాలు అవసరం.

నాల్గవ తరం సెమీకండక్టర్స్: అల్ట్రా-వైడ్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ ఫ్రాంటియర్

లక్షణాలు: గాలియం ఆక్సైడ్ (Ga₂O₃) మరియు డైమండ్ (C) 4.8eV వరకు బ్యాండ్‌గ్యాప్‌లను సాధిస్తాయి, అల్ట్రా-తక్కువ ఆన్-రెసిస్టెన్స్‌ను kV-క్లాస్ వోల్టేజ్ టాలరెన్స్‌తో కలుపుతాయి.
అప్లికేషన్లు: అల్ట్రా-హై-వోల్టేజ్ ICలు, డీప్-UV డిటెక్టర్లు, క్వాంటం కమ్యూనికేషన్.
పురోగతి: Ga₂O₃ పరికరాలు >8kV తట్టుకుంటాయి, SiC సామర్థ్యాన్ని మూడు రెట్లు పెంచుతాయి.
పరిణామాత్మక తర్కం: భౌతిక పరిమితులను అధిగమించడానికి క్వాంటం-స్కేల్ పనితీరులో హెచ్చుతగ్గులు అవసరం.

I. ఐదవ తరం సెమీకండక్టర్ ట్రెండ్స్: క్వాంటం మెటీరియల్స్ & 2D ఆర్కిటెక్చర్స్

సంభావ్య అభివృద్ధి వెక్టర్లలో ఇవి ఉన్నాయి:

1. టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్లు: బల్క్ ఇన్సులేషన్‌తో ఉపరితల వాహకత సున్నా-నష్ట ఎలక్ట్రానిక్స్‌ను అనుమతిస్తుంది.

2. 2D మెటీరియల్స్: గ్రాఫేన్/MoS₂ THz-ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతిస్పందన మరియు సౌకర్యవంతమైన ఎలక్ట్రానిక్స్ అనుకూలతను అందిస్తాయి.

3. క్వాంటం డాట్స్ & ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్స్: బ్యాండ్‌గ్యాప్ ఇంజనీరింగ్ ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్-థర్మల్ ఇంటిగ్రేషన్‌ను అనుమతిస్తుంది.

4. బయో-సెమీకండక్టర్లు: DNA/ప్రోటీన్ ఆధారిత స్వీయ-అసెంబ్లింగ్ పదార్థాలు జీవశాస్త్రం మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్‌ను వారధిగా చేస్తాయి.

5. కీలక డ్రైవర్లు: AI, మెదడు-కంప్యూటర్ ఇంటర్‌ఫేస్‌లు మరియు గది-ఉష్ణోగ్రత సూపర్‌కండక్టివిటీ డిమాండ్లు.

II. చైనా సెమీకండక్టర్ అవకాశాలు: అనుచరుడి నుండి నాయకుడి వరకు

1. సాంకేతిక పురోగతులు
• 3వ తరం: 8-అంగుళాల SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌ల భారీ ఉత్పత్తి; BYD వాహనాలలో ఆటోమోటివ్-గ్రేడ్ SiC MOSFETలు
• 4వ తరం: XUPT మరియు CETC46 ద్వారా 8-అంగుళాల Ga₂O₃ ఎపిటాక్సీ పురోగతి

2. పాలసీ మద్దతు
• 14వ పంచవర్ష ప్రణాళిక 3వ తరం సెమీకండక్టర్లకు ప్రాధాన్యత ఇస్తుంది
• ప్రాంతీయ వంద బిలియన్ యువాన్ల పారిశ్రామిక నిధులు స్థాపించబడ్డాయి

• 2024లో టాప్-10 సాంకేతిక పురోగతిలో మైలురాళ్ళు 6-8 అంగుళాల GaN పరికరాలు మరియు Ga₂O₃ ట్రాన్సిస్టర్‌లు జాబితా చేయబడ్డాయి

III. సవాళ్లు మరియు వ్యూహాత్మక పరిష్కారాలు

1. సాంకేతిక అడ్డంకులు
• క్రిస్టల్ పెరుగుదల: పెద్ద వ్యాసం కలిగిన బౌల్స్‌కు తక్కువ దిగుబడి (ఉదా., Ga₂O₃ పగుళ్లు)
• విశ్వసనీయత ప్రమాణాలు: అధిక-శక్తి/అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ వృద్ధాప్య పరీక్షలకు స్థిరపడిన ప్రోటోకాల్‌లు లేకపోవడం

2. సరఫరా గొలుసు అంతరాలు
• పరికరాలు: SiC క్రిస్టల్ పెంపకందారులకు <20% దేశీయ కంటెంట్
• స్వీకరణ: దిగుమతి చేసుకున్న భాగాలకు దిగువ ప్రాధాన్యత

3. వ్యూహాత్మక మార్గాలు

• పరిశ్రమ-విద్యా సహకారం: “మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ అలయన్స్” తరహాలో రూపొందించబడింది.

• నిచ్ ఫోకస్: క్వాంటం కమ్యూనికేషన్స్/నూతన శక్తి మార్కెట్లకు ప్రాధాన్యత ఇవ్వండి

• ప్రతిభ అభివృద్ధి: “చిప్ సైన్స్ & ఇంజనీరింగ్” విద్యా కార్యక్రమాలను ఏర్పాటు చేయడం

సిలికాన్ నుండి Ga₂O₃ వరకు, సెమీకండక్టర్ పరిణామం భౌతిక పరిమితులపై మానవాళి విజయాన్ని వివరిస్తుంది. ఐదవ తరం ఆవిష్కరణలకు మార్గదర్శకత్వం వహిస్తూనే నాల్గవ తరం పదార్థాలపై పట్టు సాధించడంలో చైనాకు అవకాశం ఉంది. విద్యావేత్త యాంగ్ డెరెన్ గుర్తించినట్లుగా: “నిజమైన ఆవిష్కరణకు ప్రయాణించని మార్గాలను రూపొందించడం అవసరం.” విధానం, మూలధనం మరియు సాంకేతికత యొక్క సినర్జీ చైనా యొక్క సెమీకండక్టర్ విధిని నిర్ణయిస్తుంది.

బహుళ సాంకేతిక తరాలలో అధునాతన సెమీకండక్టర్ పదార్థాలలో ప్రత్యేకత కలిగిన నిలువుగా ఇంటిగ్రేటెడ్ సొల్యూషన్స్ ప్రొవైడర్‌గా XKH ఉద్భవించింది. క్రిస్టల్ పెరుగుదల, ఖచ్చితత్వ ప్రాసెసింగ్ మరియు ఫంక్షనల్ కోటింగ్ టెక్నాలజీలలో విస్తరించి ఉన్న ప్రధాన సామర్థ్యాలతో, XKH పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్, RF కమ్యూనికేషన్‌లు మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ సిస్టమ్‌లలో అత్యాధునిక అనువర్తనాల కోసం అధిక-పనితీరు గల సబ్‌స్ట్రేట్‌లు మరియు ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్‌లను అందిస్తుంది. మా తయారీ పర్యావరణ వ్యవస్థ పరిశ్రమ-ప్రముఖ లోపం నియంత్రణతో 4-8 అంగుళాల సిలికాన్ కార్బైడ్ మరియు గాలియం నైట్రైడ్ వేఫర్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి యాజమాన్య ప్రక్రియలను కలిగి ఉంటుంది, అదే సమయంలో గాలియం ఆక్సైడ్ మరియు డైమండ్ సెమీకండక్టర్‌లతో సహా అభివృద్ధి చెందుతున్న అల్ట్రా-వైడ్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ పదార్థాలలో క్రియాశీల R&D కార్యక్రమాలను నిర్వహిస్తుంది. ప్రముఖ పరిశోధనా సంస్థలు మరియు పరికరాల తయారీదారులతో వ్యూహాత్మక సహకారాల ద్వారా, XKH ప్రామాణిక ఉత్పత్తుల యొక్క అధిక-వాల్యూమ్ తయారీ మరియు అనుకూలీకరించిన మెటీరియల్ సొల్యూషన్‌ల ప్రత్యేక అభివృద్ధి రెండింటికీ మద్దతు ఇవ్వగల సౌకర్యవంతమైన ఉత్పత్తి వేదికను అభివృద్ధి చేసింది. XKH యొక్క సాంకేతిక నైపుణ్యం విద్యుత్ పరికరాల కోసం వేఫర్ ఏకరూపతను మెరుగుపరచడం, RF అప్లికేషన్‌లలో థర్మల్ నిర్వహణను మెరుగుపరచడం మరియు తదుపరి తరం ఫోటోనిక్ పరికరాల కోసం నవల హెటెరోస్ట్రక్చర్‌లను అభివృద్ధి చేయడం వంటి క్లిష్టమైన పరిశ్రమ సవాళ్లను పరిష్కరించడంపై దృష్టి పెడుతుంది. అధునాతన మెటీరియల్ సైన్స్‌ను ప్రెసిషన్ ఇంజనీరింగ్ సామర్థ్యాలతో కలపడం ద్వారా, XKH అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ, అధిక-శక్తి మరియు విపరీతమైన పర్యావరణ అనువర్తనాల్లో పనితీరు పరిమితులను అధిగమించడానికి వినియోగదారులను అనుమతిస్తుంది, అదే సమయంలో దేశీయ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ ఎక్కువ సరఫరా గొలుసు స్వాతంత్ర్యం వైపు పరివర్తన చెందడానికి మద్దతు ఇస్తుంది.

XKH యొక్క 12 అంగుళాల నీలమణి పొర & 12 అంగుళాల SiC ఉపరితలం క్రింది విధంగా ఉన్నాయి: