Académicien Zheng Yuhui: Les semi - conducteurs de troisième génération ouvrent de nouvelles opportunités de développement

De même, Technologies de l'information et de l'électronique les besoins de développement de l'industrie des technologies de l'information stimulent le développement des matériaux et des technologies semi - conducteurs.

Matériaux semi - conducteurs de troisième génération et leurs applications

Les semi - conducteurs de troisième génération sont GaN, SiC Pour le ReprésentantMatériaux semi - conducteurs à large bande interdite, C'est le relais 20 Siècle 50 Années à Ge, Si Les semi - conducteurs de première génération représentés et 70 Années à GaAs, InP La deuxième génération de semi - conducteurs représentée 90 Nouveaux matériaux semi - conducteurs à large bande interdite développés dans les années, C'est - à - dire que la largeur de la bande interdite est nettement supérieure à Si (1. 12 eV) Et GaAs (1. 43 eV) Matériaux semi - conducteurs, Généralement défini commeLargeur de bande interdite supérieure à 2 eV Matériaux de.

Actuellement très suivie sont 3 Matériaux de classe: (1) III Famille Nitrure semi - conducteurInclus GaN (3. 4 eV) , InN (0. 7 eV) Et AlN (6. 2 eV) Et ses matériaux en alliage solide; (2) Large bande interdite IV Composés de la familleDe SiC (2. 4~3. 1 eV) Et film diamant (5. 5 eV) Matériaux; (3) Semi - conducteur oxyde large bande interditeInclus Zn Semi - conducteur à oxyde de base (2. 8~4. 0 eV) De ZnO, ZnMgO, ZnCdO Matériaux et oxyde de gallium (β-Ga₂O₃, 4. 9 eV) . Parmi lesquels GaN, SiC Les matériaux sont déjà utilisés avec succès dans de nombreux secteurs industriels.

DansDomaine de l'optoélectronique, Basé sur GaN, InN, AlN Excellentes caractéristiques photoélectriques de l'entrefer direct de l'ensemble des composants de l'alliage de solution solide et de sa formation, DéveloppéSource lumineuse solide haute efficacitéEtDispositifs de détection UV à l'état solide, Combler un vide dans la technologie Optoélectronique des semi - conducteurs à courte longueur d'onde, Éclairage de lumière blanche activé, Au - delà de l'éclairage, Toute la couleur LED Affichage et détection UV solide nouvelle ère, Passé près de 20 Années de développement, La technologie mûrit, Industrie en plein essor, Atteint un énormeLa science, Avantages économiques et sociaux, 2019 Taille annuelle du marché 6388 Milliards de dollars.

DansDomaine électronique, Basé sur GaN, SiC L 'écart large bande, Vitesse de saturation électronique élevée, Champ électrique de claquage élevé, Propriétés électroniques supérieures des matériaux telles que la conductivité thermique élevée et la faible constante diélectrique, Haute efficacité énergétique développée, Faible consommation d'énergie, Haute performance extrême et résistance aux environnements difficilesDispositifs RF à micro - ondes de nouvelle génération (GaN) EtÉlectronique de puissance (SiC, GaN) .

GaN Dispositifs RFAvec GaAs Comparer avec, Avec une tension de fonctionnement plus élevée, Puissance plus élevée, Plus d'efficacité, Densité de puissance élevée, Température de fonctionnement plus élevée et plus grande résistance aux radiations.

Électronique de puissanceAvec Si Comparer avec, Avec une tension de fonctionnement plus élevée, Densité de puissance élevée, Fréquence de travail élevée, Résistance passe - Bas, Très faible courant de fuite inverse et résistance à haute température, Caractéristiques de résistance à l'irradiation.

De nouvelles opportunités dans une nouvelle ère d' infrastructure

Actuellement, La Chine met en œuvre 5G Communication, Internet des objets, Big Data, Cloud Computing et intelligence artificielleTechnologies de l'information de nouvelle générationEt son réseau avec voiture, Réseau Industriel, Fabrication intelligente, Énergie intelligente, La Ville intelligente, Santé médicale, Transport ferroviaire et autres industries verticales transformation et mise à niveau du développementConstruction de nouvelles infrastructures (Nouvelle infrastructure) , Promouvoir le développement de l'innovation économique et sociale en Chine, Développement de haute qualité.

5G Les nouveaux besoins d'infrastructure de l'époqueLa traction, Devenir un relais semi - conducteur de troisième génération 21 Le début du siècle répond aux besoins stratégiques mondiaux en matière de développement énergétique et environnemental LED Après les opportunités de développement caractérisées par l'industrie de l'éclairage à semi - conducteurs, Inaugure également l'industrie de la technologie électronique des semi - conducteurs de troisième générationNouvelle série de nouvelles opportunités de développement.

La technologie électronique à semi - conducteurs de troisième génération, avec sesHaute efficacité énergétique, Faible consommation d'énergie, Haute performance extrêmeEtRésistant aux environnements difficilesL'avantage de l'irremplaçable dans les deux domaines de la RF micro - ondes et de l'électronique de puissance 5G Développement des technologies de l'information, La mise en œuvre de nouvelles infrastructures joue un rôle important de soutien depuis le bas de la technologie.

Dispositifs RFEst le dispositif de base de la technologie RF, CommeAmplification de puissance RF, Commutateur RF actifEtSource de puissance RFAvec de larges perspectives d'application.

GaN Dispositifs RFTransversal avec silicium traditionnelSemi - conducteur à oxyde métallique à diffusion dirigée (Si-LDMOS) Et GaAs Comparaison des dispositifs, AvecTension de fonctionnement plus élevée, Puissance plus élevée, Plus d'efficacité, Densité de puissance élevée, Température de fonctionnement plus élevée et plus grande résistance aux radiationsAvantages, Soutenir la mise en œuvre de nouvelles infrastructures, Radar du Haut de gamme, Confrontation électronique, Les applications d'équipement électronique militaire telles que la navigation et les communications spatiales entrent dans 5G Station de base, Internet des objets, Lidar, Radar à ondes millimétriques pour voitures sans conducteur, Intelligence artificielle ainsi que de vastes domaines civils tels que la source de puissance RF à semi - conducteurs universelle, Ouvrir le vaste marché de l'électronique grand public, PromiseRéinventer un nouveau paysage de développement dans le domaine de la technologie RF.

Par exemple, GaNDispositif de radiofréquence comme5GAmplificateur de puissance RF pour station de base (PA) Le dispositif central, Résoudre les problèmes rencontrés par les systèmes de communication de station de baseénorme goulot d'étranglement de consommation d'énergie, DéclencherGaNCroissance explosive de la demande de dispositifs RF.

5G Station de macro - base travail haute fréquence, Grande perte, Courte distance de transmission, 5G Station de base à atteindre 4G La même cible de couverture du signal, Sera nécessaire 4G Le nombre de stations de base 3~4 Le multiple (Chine actuellement 4G Station de base 445 Dix mille) , 5G La station de base adopte la technologie d'antenne de réseau à grande échelle pour augmenter la capacité du réseau (MIMO) , 64 Du canal MIMO Station de base unique pour antennes réseau PA La demande est proche 200 Une, Donc 5G La consommation électrique de la station de base est 4G De 3~4 Le multiple, 5G La consommation énergétique globale de la station de base sera 4G De 9 Plus de fois.

Par conséquent, GaN Les dispositifs RF, avec leur avantage irremplaçable, deviennent 5G Station de base PA Le choix inévitable, Aussi 4G Station de base PA Direction principale de la mise à niveau; La mise en œuvre de la nouvelle infrastructure est GaN Dispositifs RF pionnier dans le domaine des radarsVaste scène d'application civile.

GaN Le radar à ondes millimétriques aPetite taille, Qualité légère et haute résolution et fumée pénétrante, Brouillard, Forte capacité de poussière, Caractéristiques de la distance de transmission, Sera en réseau dans la voiture, Internet des objets, Fabrication intelligente, De nombreux domaines tels que la société intelligente sont largement utilisés, Par exemple 77 GHz De la bande de fréquences GaN Le radar à ondes millimétriques comme détecteur à distance pour les voitures autonomes, Pour une perception précise des obstacles périphériques, Pour un freinage d'urgence automatique, Croisière adaptative, Avertissement de collision avant, etcFonctions dans le domaine de la sécurité active.

L'électronique de puissance estTransformation de l'énergie électrique, GestionLe dispositif central, L'efficacité énergétique des dispositifs détermine le système électronique, Haute et basse consommation d'énergie des équipements et des produits, Volume et masse taille, Coûts et fiabilité bas et endurance des terminaux mobiles intelligents.

La demande croissante d'électronique de puissance pour les systèmes électroniques modernes ou les équipements, Non seulement les exigencesDensité de puissance plus élevéeEtEfficacité énergétique plus élevéeEt l'exigence d'avoirCaractéristiques extrêmes élevéesEtRésistance aux environnements difficiles, Traditionnelle Si Faible efficacité de conversion de l'électronique de puissance, Au prix d' une énorme consommation d' énergie, Et les performances du dispositif telles que la tension de blocage, Fréquence de commutation, L'amélioration de l'efficacité et de la fiabilité de la conversion se rapproche Si Limites physiques des matériaux, Face à de sérieux défis.

SiC, GaN L'électronique de puissance a Transcend Si Excellentes caractéristiques du dispositif, Peut être satisfait 5G Nouveaux besoins dans le domaine des nouvelles infrastructures informatiques, Résoudre le Centre de données, Goulots d'étranglement énormes de consommation d'énergie et de soutien pour les infrastructures d'information telles que les stations de base sans fil IT Mise en œuvre de terminaux intelligents mobilesMiniaturisation, Léger, Et augmenter l'endurance, Soutenir les véhicules à énergie nouvelle, Énergie intelligente, Trafic ferroviaire, Fabrication intelligente, etcNouveaux avantages d'infrastructure domaines d'application développement industrielBesoins urgents.

SiC, GaN Électronique de puissance en raison de sonDifférences dans les propriétés électriques des matériauxAdapté à différents scénarios d'application de puissance: SiC Dispositifs de puissance appliqués à haute tension, Contrôle de puissance élevée, Tels que les véhicules à énergies nouvelles et leur infrastructure de charge et les dispositifs d'inversion de puissance à énergies nouvelles et les systèmes énergétiques intelligents.

Rapporté par les données de test, Adoption de véhicules à énergie nouvelle SiC L'onduleur du module de puissance permet de réduire les pertes de commutation 75% (Température de la puce 215℃) , Taille de l'onduleur baisse 43%, Réduction de la qualité 6 kg, Faire de la voiture une distance d'endurance continueAugmentation 20%~30%.

La Chine est la plus grande du mondeVéhicules à énergie nouvelleLe marché, 2019 Ventes annuelles de véhicules à énergie nouvelle en Chine 116 Dix mille véhicules, Occuper le monde entier 54%, Augmentation énorme du marché des dispositifs de puissance pour véhicules, Pour SiC Électronique de puissance et industrie des modules apporteGrand espace de développement; GaN Dispositifs de puissance appliqués aux basses tensions, Contrôle électrique haute fréquence, Des perspectives d'application extrêmement larges face au domaine de l'électronique grand public.

Surtout en raison de sa fréquence de travail élevée, Faible perte dynamique, Faible résistance à la conduction et résistance à haute température, Excellente performance avec faible production de chaleur, Idéal commeApplications d'alimentation à découpage, Fourni pour divers terminaux électroniques grand public modernesPuissance verte et efficace.

Par exemple comme Adaptateur secteur Quick Charge Power, Résolu Si La mise en œuvre de la charge rapide du dispositif fait face à la contradiction d'augmenter la puissance et d'augmenter le volume, Faire la perte de puissance et la taille de l'alimentationRéduction nette 50%, Non seulement réduit le temps de charge du téléphone, Augmenter efficacement l'endurance, Et espérons réaliser le téléphone, Tablette PC, Machines de jeux, AR Lunettes, VR Casques etc. diversIntégration de la recharge des terminaux mobiles, Support transportable IT Développement des produits finaux, Devenir le présent GaN Soufflet pour le développement de l'industrie de l'électronique de puissance, Attendu à 2025 Année global GaN Le marché des produits à chargement rapide atteindra 600 Milliards de dollars.

GaN Dispositifs de puissance et SiC Comparer avec, Commutateur plus rapide, Résistance à l'état passant inférieure, Moins de pertes d'entraînement, Conversion plus efficace, Chaleur inférieure, Et Si Base GaN Avantages des dispositifs plus coûteux et moins coûteux, Par conséquent GaN La technologie électronique de puissance n'est pas seulement trèsDomaine de l'électronique grand public, Mais aussi dans les nouvelles infrastructuresScénarios d'application moyenne et basse tensionTrès larges perspectives d'application.

Perspectives

Dans 5G L'ère des technologies de l'information, Les semi - conducteurs de troisième génération ouvrent de nouvelles opportunités de développement, La mise en œuvre de nouvelles infrastructures stimule le développement de l'industrie des semi - conducteurs de troisième génération dans la fenêtre d'or, Présenter un bon élan, Espérons - le réaliser progressivementAutonome contrôlable, Sûr et fiableSystème industriel des semi - conducteurs de troisième génération, Avec la première génération, Semi - conducteurs de deuxième générationAvantages complémentaires, Soutien synergiqueDéveloppement innovant des technologies de l'information de nouvelle génération, Soutenir le développement de haute qualité de l'économie sociale de la nouvelle période chinoise.