정유연 원사: 3세대 반도체, 새로운 발전 기회 맞이

똑같이, 정보 기술과 전자 정보 과학기술 산업의 발전 수요는 반도체 재료와 기술의 발전을 추진했다.

3세대 반도체 재료 및 그 응용

3세대 반도체는 GaN, SiC 대표자와이드 밴드 반도체 재료, 그것은 이어서 20 세기 50 연대 이상 Ge, Si 대표적인 1세대 반도체와 70 연대 이상 GaAs, InP 대표적인 2세대 반도체 이후 90 연대에 발전해 온 신형 광대역 반도체 재료, 즉, 벨트 너비가 훨씬 큽니다 Si (1. 12 eV) 및 GaAs (1. 43 eV) 의 반도체 재료, 일반적으로벨트 너비가 2 eV 의 재료.

현재 많은 관심을 받고 있는 것은 3 클래스 재료: (1) III 족질소화물반도체포함 GaN (3. 4 eV) , InN (0. 7 eV) 및 AlN (6. 2 eV) 그 고용합금 재료; (2) 넓은 금대 IV 족화합물의 SiC (2. 4~3. 1 eV) 금강석 박막 (5. 5 eV) 재료; (3) 광대역 산화물 반도체포함 Zn 기산화물 반도체 (2. 8~4. 0 eV) 의 ZnO, ZnMgO, ZnCdO 재료와 갈륨 (β-Ga₂O₃, 4. 9 eV) . 그 중 GaN, SiC 재료는 이미 많은 산업 분야에서 성공적으로 응용되었다.

현재광전자 분야, 기반 GaN, InN, AlN 그 형성된 고용체 합금 전체 성분 직접 에너지 갭의 우수한 광전 특성, 발전했어고효율 고체 발광 광원및고체 자외선 탐지 부품, 단파장 반도체 광전자 기술의 공백을 메웠다, 하얀 조명을 켰습니다, 조명을 뛰어넘다, 전색 LED 디스플레이 및 고체 자외선 탐지 신기원, 접근 20 다년간의 발전, 기술이 나날이 성숙해지다, 산업이 왕성하게 발전하다, 거대했어과학, 경제적 사회적 효과, 2019 연간 시장 규모가 크다 6388 억 원.

현재전자 분야, 기반 GaN, SiC 광대역 갭, 높은 전자 포화 속도, 고격침전장, 고열전도율과 저개전 상수 등 우수한 재료의 전자적 특성, 에너지 효율성 향상, 저전력, 극한의 성능과 열악한 환경에 견딜 수 있는차세대 마이크로파 무선 부품 (GaN) 및전력 전자 부품 (SiC, GaN) .

GaN 무선 주파수 부품및 GaAs 비교, 높은 작동 전압, 고출력, 효율성 향상, 고출력 밀도, 높은 작동 온도 및 방사능 내성.

전력 전자 부품및 Si 비교, 높은 작동 전압, 고출력 밀도, 높은 작동 빈도, 저통형 저항, 극저 역방향 누전 및 내고온, 내투사 특성.

새로운 기초 건설 시대의 새로운 기회

현재, 중국은 지금 힘을 다해 실시하고 있다 5G 통신, 사물인터넷, 빅 데이터, 클라우드 컴퓨팅 및 인공지능차세대 정보 기술및 그 대역 자동차 네트워킹, 작업 네트워킹, 지능형 제조, 스마트 에너지, 스마트 시티, 의료 건강, 궤도교통 등 수직업종의 형태전환과 고도화 발전의신형 인프라 건설 (새로운 기초 건설) , 중국 경제 사회의 혁신 발전을 추진하다, 고품질 발전.

5G 시대의 새로운 기초건설 수요의 견인, 3세대 반도체 계보를 이루다 21 세기 초 세계 에너지와 환경 발전의 전략적 수요에 순응하여 LED 반도체 조명 산업을 특징으로 하는 발전 기회 이후, 또 3세대 반도체 전자기술 산업을 특징으로 하는새로운 발전 기회.

3세대 반도체 전자 기술로에너지 효율성, 저전력, 뛰어난 성능및열악한 환경에 견디다대체할 수 없는 장점은 마이크로파 무선주파수와 전력전자 두 분야에서 5G 정보 기술의 발전, 새로운 기초건설의 실시는 기술밑바닥으로부터 그 중요한 버팀목역할을 발휘한다.

무선 주파수 부품무선 주파수 기술의 핵심 기초 부품이다, 으로무선 주파수 전력 증폭, 능동 무선 주파수 스위치및무선 주파수 전력 소스광범위한 응용 전망을 가지고 있다.

GaN 무선 주파수 부품전통적인 실리콘 가로와금속 산화물 반도체로 확산 (Si-LDMOS) 및 GaAs 부품 비교, 보유높은 작동 전압, 고출력, 효율성 향상, 고출력 밀도, 높은 작동 온도 및 방사능 내성의 이점, 새로운 기초 건설의 실시를 지탱하다, 고급 고급 레이더에서, 전자 대항, 네비게이션과 우주 통신 등 군사 전자 장비 응용이 5G 기지국, 사물인터넷, 레이저 레이더, 무인 자동차 밀리미터파 레이더, 인공 지능 및 범용 고체 무선 주파수 출력원 등 넓은 민간 분야, 거대한 소비자 전자 시장을 개척하다, 유망무선 주파수 기술 분야 발전의 새로운 구도를 재창조하다.

예, GaN무선 주파수 장치5G기지국 무선 주파수 출력 증폭기 (PA) 의 핵심 부품, 기지국 통신 시스템이 직면한엄청난 에너지 소비량 병목 현상, 유발GaN무선 주파수 부품의 수요가 폭발적으로 증가하다.

5G Acer 스테이션 고대역 작업, 손실이 크다, 짧은 전송 거리, 5G 기지국이 도착해야 한다 4G 신호가 대상을 덮어씁니다, 곧 4G 기지국 수량의 3~4 배 (중국은 현재 4G 기지국 445 만 개) , 5G 기지국은 네트워크 용량을 높이기 위해 대규모 어레이 안테나 기술을 사용한다 (MIMO) , 64 채널의 MIMO 어레이 안테나를 위한 단일 베이스 스테이션 PA 수요량 접근 200 개, 그리하여 5G 기지국의 전력 소비량은 4G 의 3~4 배, 5G 기지국 전체 에너지 소비량은 4G 의 9 배 이상.

그래서, GaN 무선 주파수 부품은 대체할 수 없는 장점으로 5G 기지국 PA 필연적 선택, 하긴 4G 기지국 PA 업그레이드의 주요 방향; 새로운 기초 건설의 실시는 GaN 무선 주파수 부품은 레이더 분야에서 개척되었다광활한 민용 응용 장면.

GaN 밀리미터파 레이더는부피가 작다, 가벼운 품질과 높은 해상도 및 관통 담배, 안개, 먼지 능력이 강하다, 전송 거리가 먼 특징, 커넥티드 카, 사물인터넷, 지능형 제조, 지혜사회 등 여러 분야에서 광범위하게 응용되다, 예 77 GHz 주파수 대역의 GaN 밀리미터파 레이더는 자동 운전 자동차의 장거리 탐지기이다, 주변 장애물을 정확하게 감지하는 데 쓰인다, 자동 긴급 제동을 실현하다, 적응형 크루즈, 전방 충돌 경보 등사전 예방적 보안 영역의 기능.

전원 공급 장치 예전기 에너지 변환, 관리의 핵심 부품, 부품의 에너지 효율이 전자 시스템을 결정한다, 장비 및 제품의 에너지 소비량, 볼륨 및 질량 크기, 높은 비용과 신뢰성, 지능형 모바일 단말기의 수명.

현대 전자 시스템 또는 장비의 전력 전자 부품에 대한 수요가 갈수록 높아지고 있다, 뿐만 아니라고출력 밀도및에너지 효율성 향상필요한 경우고극단 특성및열악한 환경에 대한 성능, 전통적인 Si 전력 전자 부품의 전환 효율이 비교적 낮다, 막대한 에너지 소비량, 차단 전압과 같은 장치 성능, 스위치 주파수, 전환 효율성 및 신뢰성 향상에 근접 Si 재료 물리적 한계, 준엄한 도전에 직면하다.

SiC, GaN 전력 전자 부품은 초월을 가지고 있다 Si 부품의 우수한 특성, 만족 가능 5G 정보 기술의 새로운 기초 건설 분야의 새로운 수요, 데이터 센터 해결, 무선 기지국 등 정보 인프라가 직면한 거대한 에너지 소모 병목 현상과 지지 IT 모바일 스마트 단말기 구현소형화, 경량화, 항속력 향상, 신에너지 자동차를 지탱하다, 스마트 에너지, 궤도 교통, 스마트 제조 등신기초건설 우위 응용분야 산업발전의 절실한 요구.

SiC, GaN 전력 전자 부품은재료 전기 성능 차이다양한 전력 응용 시나리오에 적합: SiC 고압에 적용되는 전력 부품, 고성능 전력 관리, 새로운 에너지 자동차 및 충전 인프라 및 새로운 에너지 전력 역변 장치 및 스마트 에너지 시스템과 같은.

테스트 데이터에 따르면, 신에너지자동차 채택 SiC 전력 모듈의 인버터는 스위치 손실을 줄일 수 있다 75% (칩 온도 215℃) , 인버터 크기 감소 43%, 품질 경감 6 kg, 자동차 의 연속 항속 거리 를 유지 하다증가 20%~30%.

중국은 세계에서 가장 크다신에너지자동차시장, 2019 연간 중국 신에너지자동차 판매량 116 만 대, 전 세계를 차지하다 54%, 자동차용 전력 부품 시장의 증가량이 매우 크다, 다음 SiC 전력 전자 부품과 모듈 산업이 가져온거대한 발전 공간; GaN 저전압에 적용되는 전력 부품, 고주파 전력 관리, 소비류 전자 분야에 직면하여 매우 넓은 응용 전망을 가지고 있다.

특히 높은 작업 빈도를 기반으로 함, 동적 손실 감소, 전도 저항이 낮고 고온에 강하다, 발열량이 적은 우수한 성능, 적합스위치 전원 어플리케이션, 현대의 각종 소비류 전자 단말기에 제공하다친환경 고효율 전원 공급 장치.

예를 들어 전원 어댑터로 고속 충전, 해결 Si 부품의 고속 충전 실현은 출력을 높이고 부피를 늘리는 모순에 직면해 있다, 전원 공급 장치 전력 손실 및 크기 조정격감 하다 50%, 휴대폰 충전 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 항속력을 효과적으로 향상시키다, 그리고 핸드폰이 가능할 것 같아요, 태블릿 PC, 게임기, AR 안경, VR 헬멧 등 각종모바일 단말기 충전의 일체화, 지지 휴대 가능 IT 단말기 제품의 발전, 현재가 되다 GaN 전력 전자 산업 발전의 바람받이, 예상 2025 년 전 세계 GaN 고속 충전 제품 시장이 도달할 것이다 600 여억원.

GaN 전원 공급 장치 및 SiC 비교, 스위치 속도 향상, 일반 저항 감소, 구동 손실 감소, 전환 효율성 향상, 발열 감소, 그리고 Si 기반 GaN 부품은 더 낮은 비용의 이점, 그래서 GaN 전력 전자 기술은 면적이 넓을 뿐만 아니라 양도 많다소비자 전자 분야, 그리고 새로운 기초건설에서 여러가지중저압 응용 장면에서 매우 광범위한 응용 전망을 가지고 있다.

전망

현재 5G 정보 기술 시대, 3세대 반도체, 새로운 발전 기회 맞이, 새로운 기초건설의 실시는 제3세대 반도체산업발전이 황금창구기에 진입하도록 추동한다, 발전의 좋은 추세를 보이다, 점진적으로 실현될 가능성이 있다자주적 통제 가능, 안정성의 3세대 반도체 산업 체계, 및 1세대, 2세대 반도체장점 상호 보완, 협동 지지차세대 정보 기술 혁신 발전, 중국 신시대 사회 경제의 고품질 발전을 지탱하다.