การคาดการณ์และความท้าทายของวัสดุครึ่งนํารุ่นที่ห้า

ธาตุประกอบครึ่งตัวเป็นก้อนมุมของยุคสารสนเทศ และการปรับปรุงของวัสดุประกอบครึ่งตัวจากรุ่นแรกของครึ่งประสาทที่ใช้ซิลิคอน ถึงรุ่นที่ 4 ของวัสดุที่ใช้ในช่วงความกว้าง, คลื่นนวัตกรรมแต่ละครั้งได้ผลักดันการพัฒนาที่กระโดดกระโดดไปในด้านการสื่อสาร, พลังงาน, คอมพิวเตอร์ และสาขาอื่นๆ

โดยการวิเคราะห์ลักษณะและกลยุทธ์การเปลี่ยนรุ่นของวัสดุครึ่งประสาท 4 รุ่นเราสามารถสรุปทิศทางที่เป็นไปได้สําหรับเซมคอนดักเตอร์รุ่นที่ 5 และหารือกับเส้นทางของจีน.

I. คุณลักษณะของวัสดุครึ่งประสาท 4 รุ่นและตรรกะการแทนรุ่น

ซีเมคอนดักเตอร์รุ่นแรก:

"ยุค การ สร้าง มูลนิธิ" ของ ซิลิคอน และ เจอร์มาเนียม

• ลักษณะ:นําแสดงโดยครึ่งประสาทพื้นฐานเช่นซิลิคอน (Si) และเยอร์มาเนียม (Ge) พวกเขานําเสนอข้อดี เช่น ค่าใช้จ่ายต่ํา, การประมวลผลที่成熟, และความน่าเชื่อถือสูงพวกเขาถูกจํากัดโดยช่องว่างแบนด์แคบ (Si: 1.12 eV, Ge: 0.67 eV) ส่งผลให้ความต้านทานความตึงเครียดต่ําและประสิทธิภาพความถี่สูงไม่เพียงพอ

• การใช้งาน:วงจรบูรณาการ เซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์ความดันต่ําและความถี่ต่ํา

• สาเหตุของการเปลี่ยน:เมื่อความต้องการในการทํางานในความถี่สูงและอุณหภูมิสูงในด้านการสื่อสารและออปโตอิเล็กทรอนิกส์เพิ่มขึ้น วัสดุที่มีฐานซิลิคอนไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป

ซีเมคอนดักเตอร์รุ่นที่สอง:

"การ ปฏิวัติ ทาง อิเล็กทรอนิกส์" ของ เซม คอนดักเตอร์ สับสน

• ลักษณะ:ตัวแทนโดยสารประกอบ III-V เช่น แกลเลียมอาร์เซนได (GaAs) และอินเดียมฟอสฟิด (InP), วัสดุเหล่านี้มีช่องช่วงที่กว้างกว่า (GaAs: 1.42 eV) และความเคลื่อนไหวอิเล็กตรอนสูง ทําให้มันเหมาะสําหรับความถี่สูงและการใช้งาน optoelectronic.

• การใช้งาน:อุปกรณ์ RF 5G เลเซอร์ การสื่อสารดาวเทียม

• ความท้าทายการขาดแคลนของวัสดุ (เช่น อินเดียมมีจํานวนมากเพียง 0.001%) และต้นทุนการผลิตที่สูง โดยมีธาตุพิษ (เช่นอาร์เซนิก) ที่เกี่ยวข้อง

• สาเหตุของการเปลี่ยน:การปรากฏขึ้นของพลังงานใหม่และอุปกรณ์พลังงานความดันสูงต้องการความต้านทานความดันและประสิทธิภาพที่สูงขึ้นอีกด้วย ทําให้เกิดวัสดุที่มีความกว้าง

ซีเมคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม:

"การ ปฏิวัติ พลังงาน" ของ วัสดุ ที่ มี ระยะ ยาว ใหญ่

• ลักษณะ:วัสดุเหล่านี้มีศูนย์กลางอยู่รอบซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และกัลลিয়ামไนทรีด (GaN) และมีช่วงความสว่างที่กว้างกว่ามาก (SiC: 3.2 eV, GaN: 3.4 eV)ความสามารถในการนําความร้อนสูงและการทํางานระดับความถี่สูง

• การใช้งาน:ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าในรถพลังงานใหม่ อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าฐาน 5G

• ข้อดี:เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอน พวกมันลดการบริโภคพลังงานกว่า 50% และลดปริมาณอุปกรณ์ 70%

• สาเหตุของการเปลี่ยน:สาขาที่กําลังเกิดขึ้น เช่น สุขุมวิทประดิษฐ์ และคอมพิวเตอร์ควอนตัม จําเป็นต้องใช้วัสดุที่มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นอีกด้วย ซึ่งนําไปสู่การปรากฏตัวของวัสดุที่มีความกว้างขวาง

ซีเมคอนดักเตอร์รุ่นที่สี่

"การ พัฒนา ที่ สุด" ของ วัสดุ ที่ มี ระยะ ช่อง ช่อง ใหญ่

• ลักษณะ:ตัวแทนโดย(Ga2O3) และเพชร (C) วัสดุเหล่านี้ขยายช่องแดนออกไปอีก (Ga2O3: 4.8 eV) โดยให้ความต้านทานการนําไฟแบบต่ํามาก, ความต้านทานความกระชับกําลังสูงมาก และศักยภาพการลดต้นทุนที่สําคัญ
   

• การใช้งาน:ชิปพลังงานความดันสูงสุด เครื่องตรวจจับ UV กลึก เครื่องสื่อสารควอนตัม
   

• ความก้าวหน้า:อุปกรณ์แกลเลียมโอไซด์สามารถทนความกระชับกําลังเกิน 8000 วอลต์ โดยมีประสิทธิภาพเพิ่มเป็นสามเท่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ SiC
   

• โลจิกการทดแทน:ในขณะที่ความต้องการของโลก สําหรับพลังงานคอมพิวเตอร์และประสิทธิภาพพลังงาน ใกล้กับขีดจํากัดทางฟิสิกส์ วัสดุใหม่ต้องบรรลุความสามารถในการกระโดดในระดับควอนตัม
   

II. แนวโน้มสําหรับเซมีคอนดักเตอร์รุ่นที่ห้า:

"แบบแผนอนาคต" ของวัสดุควอนตัมและโครงสร้างสองมิติ
 

หากเส้นทางวิวัฒนาการของ "การขยายช่วงความกว้าง + การบูรณาการทางการทํางาน" ยังคงดําเนินต่อไป ซีเมคอนดักเตอร์รุ่นที่ 5 อาจมุ่งเน้นในทิศทางต่อไปนี้