પાંચમી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સ માટે આગાહીઓ અને પડકારો

સેમિકન્ડક્ટર્સ માહિતી યુગના પાયાના પથ્થર તરીકે સેવા આપે છે, દરેક સામગ્રી પુનરાવર્તન માનવ ટેકનોલોજીની સીમાઓને ફરીથી વ્યાખ્યાયિત કરે છે. પ્રથમ પેઢીના સિલિકોન-આધારિત સેમિકન્ડક્ટર્સથી લઈને આજના ચોથી પેઢીના અલ્ટ્રા-વાઇડ બેન્ડગેપ મટિરિયલ્સ સુધી, દરેક ઉત્ક્રાંતિ છલાંગે સંદેશાવ્યવહાર, ઊર્જા અને કમ્પ્યુટિંગમાં પરિવર્તનકારી પ્રગતિને વેગ આપ્યો છે. હાલના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સની લાક્ષણિકતાઓ અને પેઢીગત સંક્રમણ તર્કનું વિશ્લેષણ કરીને, આપણે આ સ્પર્ધાત્મક ક્ષેત્રમાં ચીનના વ્યૂહાત્મક માર્ગોનું અન્વેષણ કરતી વખતે પાંચમી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર્સ માટે સંભવિત દિશાઓની આગાહી કરી શકીએ છીએ.

I. ચાર સેમિકન્ડક્ટર પેઢીઓની લાક્ષણિકતાઓ અને ઉત્ક્રાંતિ તર્ક

પ્રથમ પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર્સ: સિલિકોન-જર્મનિયમ ફાઉન્ડેશન યુગ

લાક્ષણિકતાઓ: સિલિકોન (Si) અને જર્મેનિયમ (Ge) જેવા એલિમેન્ટલ સેમિકન્ડક્ટર ખર્ચ-અસરકારકતા અને પરિપક્વ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ પ્રદાન કરે છે, છતાં સાંકડા બેન્ડગેપ્સ (Si: 1.12 eV; Ge: 0.67 eV) થી પીડાય છે, જે વોલ્ટેજ સહિષ્ણુતા અને ઉચ્ચ-આવર્તન કામગીરીને મર્યાદિત કરે છે.
એપ્લિકેશન્સ: ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ, સોલાર સેલ, લો-વોલ્ટેજ/લો-ફ્રીક્વન્સી ડિવાઇસ.
ટ્રાન્ઝિશન ડ્રાઇવર: ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં ઉચ્ચ-આવર્તન/ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રદર્શનની વધતી માંગ સિલિકોનની ક્ષમતાઓને પાછળ છોડી ગઈ.

બીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર્સ: III-V સંયોજન ક્રાંતિ

લાક્ષણિકતાઓ: ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs) અને ઇન્ડિયમ ફોસ્ફાઇડ (InP) જેવા III-V સંયોજનોમાં RF અને ફોટોનિક એપ્લિકેશનો માટે વિશાળ બેન્ડગેપ્સ (GaAs: 1.42 eV) અને ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા હોય છે.
એપ્લિકેશન્સ: 5G RF ઉપકરણો, લેસર ડાયોડ્સ, સેટેલાઇટ સંચાર.
પડકારો: સામગ્રીની અછત (ઇન્ડિયમ વિપુલતા: 0.001%), ઝેરી તત્વો (આર્સેનિક), અને ઉચ્ચ ઉત્પાદન ખર્ચ.
ટ્રાન્ઝિશન ડ્રાઇવર: ઉર્જા/પાવર એપ્લિકેશનો માટે ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ ધરાવતી સામગ્રીની માંગ હતી.

ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર્સ: વાઈડ બેન્ડગેપ એનર્જી રિવોલ્યુશન

લાક્ષણિકતાઓ: સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) અને ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ (GaN) શ્રેષ્ઠ થર્મલ વાહકતા અને ઉચ્ચ-આવર્તન લાક્ષણિકતાઓ સાથે 3eV (SiC:3.2eV; GaN:3.4eV) થી વધુ બેન્ડગેપ્સ પ્રદાન કરે છે.
એપ્લિકેશન્સ: EV પાવરટ્રેન, PV ઇન્વર્ટર, 5G ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર.
ફાયદા: સિલિકોનની તુલનામાં ૫૦%+ ઊર્જા બચત અને ૭૦% કદમાં ઘટાડો.
ટ્રાન્ઝિશન ડ્રાઇવર: AI/ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટે આત્યંતિક પ્રદર્શન મેટ્રિક્સ ધરાવતી સામગ્રીની જરૂર પડે છે.

ચોથી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર્સ: અલ્ટ્રા-વાઇડ બેન્ડગેપ ફ્રન્ટીયર

લાક્ષણિકતાઓ: ગેલિયમ ઓક્સાઇડ (Ga₂O₃) અને ડાયમંડ (C) 4.8eV સુધી બેન્ડગેપ્સ પ્રાપ્ત કરે છે, જે kV-ક્લાસ વોલ્ટેજ ટોલરન્સ સાથે અલ્ટ્રા-લો ઓન-રેઝિસ્ટન્સનું સંયોજન કરે છે.
એપ્લિકેશન્સ: અલ્ટ્રા-હાઇ-વોલ્ટેજ આઇસી, ડીપ-યુવી ડિટેક્ટર, ક્વોન્ટમ કોમ્યુનિકેશન.
સફળતાઓ: Ga₂O₃ ઉપકરણો 8kV થી વધુનો સામનો કરે છે, જે SiC ની કાર્યક્ષમતામાં ત્રણ ગણો વધારો કરે છે.
ઉત્ક્રાંતિ તર્ક: ભૌતિક મર્યાદાઓને પાર કરવા માટે ક્વોન્ટમ-સ્કેલ પ્રદર્શન કૂદકા જરૂરી છે.

I. પાંચમી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર ટ્રેન્ડ્સ: ક્વોન્ટમ મટિરિયલ્સ અને 2D આર્કિટેક્ચર્સ

સંભવિત વિકાસ વેક્ટર્સમાં શામેલ છે:

1. ટોપોલોજીકલ ઇન્સ્યુલેટર: બલ્ક ઇન્સ્યુલેશન સાથે સપાટીનું વહન શૂન્ય-નુકશાન ઇલેક્ટ્રોનિક્સને સક્ષમ બનાવે છે.

2. 2D સામગ્રી: ગ્રાફીન/MoS₂ THz-ફ્રિકવન્સી પ્રતિભાવ અને લવચીક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સુસંગતતા પ્રદાન કરે છે.

૩. ક્વોન્ટમ ડોટ્સ અને ફોટોનિક ક્રિસ્ટલ્સ: બેન્ડગેપ એન્જિનિયરિંગ ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક-થર્મલ ઇન્ટિગ્રેશનને સક્ષમ બનાવે છે.

૪. બાયો-સેમિકન્ડક્ટર: ડીએનએ/પ્રોટીન-આધારિત સ્વ-એસેમ્બલિંગ મટિરિયલ્સ બાયોલોજી અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સને જોડે છે.

5. મુખ્ય પરિબળો: AI, મગજ-કમ્પ્યુટર ઇન્ટરફેસ, અને ઓરડાના તાપમાને સુપરકન્ડક્ટિવિટીની માંગ.

II. ચીનની સેમિકન્ડક્ટર તકો: અનુયાયીથી નેતા સુધી

૧. ટેકનોલોજીમાં સફળતા
• 3જી-જનરેશન: 8-ઇંચ SiC સબસ્ટ્રેટનું મોટા પાયે ઉત્પાદન; BYD વાહનોમાં ઓટોમોટિવ-ગ્રેડ SiC MOSFETs
• 4થી-જનરેશન: XUPT અને CETC46 દ્વારા 8-ઇંચ Ga₂O₃ એપિટાક્સીમાં સફળતાઓ

2. નીતિ સપોર્ટ
• ૧૪મી પંચવર્ષીય યોજના ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર્સને પ્રાથમિકતા આપે છે
• પ્રાંતીય સો અબજ યુઆન ઔદ્યોગિક ભંડોળની સ્થાપના

• 2024 માં ટોચના 10 ટેક એડવાન્સમેન્ટ્સમાં 6-8 ઇંચના GaN ઉપકરણો અને Ga₂O₃ ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો સમાવેશ થાય છે.

III. પડકારો અને વ્યૂહાત્મક ઉકેલો

1. ટેકનિકલ અવરોધો
• સ્ફટિક વૃદ્ધિ: મોટા વ્યાસવાળા બુલ્સ માટે ઓછી ઉપજ (દા.ત., Ga₂O₃ ક્રેકીંગ)
• વિશ્વસનીયતા ધોરણો: ઉચ્ચ-શક્તિ/ઉચ્ચ-આવર્તન વૃદ્ધત્વ પરીક્ષણો માટે સ્થાપિત પ્રોટોકોલનો અભાવ

2. સપ્લાય ચેઇન ગેપ્સ
• સાધનો: SiC સ્ફટિક ઉત્પાદકો માટે <20% સ્થાનિક સામગ્રી
• દત્તક: આયાતી ઘટકો માટે ડાઉનસ્ટ્રીમ પસંદગી

૩. વ્યૂહાત્મક માર્ગો

• ઉદ્યોગ-શૈક્ષણિક સહયોગ: "થર્ડ-જનરેશન સેમિકન્ડક્ટર એલાયન્સ" ના અનુકરણમાં

• વિશિષ્ટ ધ્યાન: ક્વોન્ટમ કોમ્યુનિકેશન્સ/નવા ઊર્જા બજારોને પ્રાથમિકતા આપો

• પ્રતિભા વિકાસ: “ચિપ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ” શૈક્ષણિક કાર્યક્રમો સ્થાપિત કરવા.

સિલિકોનથી Ga₂O₃ સુધી, સેમિકન્ડક્ટર ઉત્ક્રાંતિ માનવજાતના ભૌતિક મર્યાદાઓ પર વિજયનું વર્ણન કરે છે. ચીનની તક પાંચમી પેઢીના નવીનતાઓને આગળ ધપાવતી વખતે ચોથી પેઢીના પદાર્થોમાં નિપુણતા મેળવવામાં રહેલી છે. જેમ કે શિક્ષણવિદ યાંગ ડેરેને નોંધ્યું હતું: "સાચા નવીનતા માટે અપ્રચલિત માર્ગો બનાવવાની જરૂર છે." નીતિ, મૂડી અને ટેકનોલોજીનો તાલમેલ ચીનના સેમિકન્ડક્ટરના ભાગ્યને નક્કી કરશે.

XKH એક વર્ટિકલી ઇન્ટિગ્રેટેડ સોલ્યુશન્સ પ્રદાતા તરીકે ઉભરી આવ્યું છે જે બહુવિધ ટેકનોલોજી પેઢીઓમાં અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીમાં વિશેષતા ધરાવે છે. ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ, ચોકસાઇ પ્રોસેસિંગ અને ફંક્શનલ કોટિંગ ટેકનોલોજીમાં ફેલાયેલી મુખ્ય ક્ષમતાઓ સાથે, XKH પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, RF કોમ્યુનિકેશન્સ અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ્સમાં અત્યાધુનિક એપ્લિકેશનો માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સબસ્ટ્રેટ્સ અને એપિટેક્સિયલ વેફર્સ પહોંચાડે છે. અમારા ઉત્પાદન ઇકોસિસ્ટમમાં ઉદ્યોગ-અગ્રણી ખામી નિયંત્રણ સાથે 4-8 ઇંચ સિલિકોન કાર્બાઇડ અને ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ વેફર્સનું ઉત્પાદન કરવા માટે માલિકીની પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે, જ્યારે ગેલિયમ ઓક્સાઇડ અને ડાયમંડ સેમિકન્ડક્ટર્સ સહિત ઉભરતા અલ્ટ્રા-વાઇડ બેન્ડગેપ સામગ્રીમાં સક્રિય R&D કાર્યક્રમો જાળવી રાખવામાં આવે છે. અગ્રણી સંશોધન સંસ્થાઓ અને સાધનો ઉત્પાદકો સાથે વ્યૂહાત્મક સહયોગ દ્વારા, XKH એ એક લવચીક ઉત્પાદન પ્લેટફોર્મ વિકસાવ્યું છે જે પ્રમાણિત ઉત્પાદનોના ઉચ્ચ-વોલ્યુમ ઉત્પાદન અને કસ્ટમાઇઝ્ડ મટિરિયલ સોલ્યુશન્સના વિશિષ્ટ વિકાસ બંનેને સમર્થન આપવા સક્ષમ છે. XKH ની તકનીકી કુશળતા પાવર ઉપકરણો માટે વેફર એકરૂપતા સુધારવા, RF એપ્લિકેશનોમાં થર્મલ મેનેજમેન્ટ વધારવા અને આગામી પેઢીના ફોટોનિક ઉપકરણો માટે નવલકથા હેટરોસ્ટ્રક્ચર્સ વિકસાવવા જેવા મહત્વપૂર્ણ ઉદ્યોગ પડકારોને સંબોધવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. અદ્યતન ભૌતિક વિજ્ઞાનને ચોકસાઇ ઇજનેરી ક્ષમતાઓ સાથે જોડીને, XKH ગ્રાહકોને ઉચ્ચ-આવર્તન, ઉચ્ચ-શક્તિ અને આત્યંતિક પર્યાવરણીય એપ્લિકેશનોમાં કામગીરી મર્યાદાઓને દૂર કરવા સક્ષમ બનાવે છે, જ્યારે સ્થાનિક સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના વધુ સપ્લાય ચેઇન સ્વતંત્રતા તરફના સંક્રમણને સમર્થન આપે છે.

XKH ના 12 ઇંચના નીલમ વેફર અને 12 ઇંચના SiC સબસ્ટ્રેટ નીચે મુજબ છે: