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            潛伏一個尚未被挖掘的風口:碳化硅

            時間:2019年02月26日 07:57:00 瀏覽:

            [摘要] 上周五,市場小道消息:記者從西安電子科技大學蕪湖研究院獲悉,作為蕪湖大院大所合作的重點項目,國產化5G通信芯片用最新一代 碳化硅襯底氮化鎵材料試制成功,打破國外壟斷。據專家說,這標志著今后國內各大芯片企業生產5G通信芯片,有望用上國產材料。

            正文

            2019年02月26日 07:57:00

            上周五,市場小道消息:記者從西安電子科技大學蕪湖研究院獲悉,作為蕪湖大院大所合作的重點項目,國產化5G通信芯片用最新一代碳化硅襯底氮化鎵材料試制成功,打破國外壟斷。據專家說,這標志著今后國內各大芯片企業生產5G通信芯片,有望用上國產材料。

            生產芯片有望用上國產材料,這實際上就是自主創新,如果創新的成效足夠大,那么必然是顛覆性的。

            眾所周知,集成電路本身是我們產業的薄弱環節,所以這則科技創新新聞有必要讓筆者好好了解下所謂的碳化硅襯底氮化鎵到底是個什么材料。

            碳化硅是什么?襯底的氮化鎵材料又是什么?這種雙結合的創新是否可以利用到集成電路創新?最好的情況是碳化硅襯底的氮化鎵成為國產材料的跨越性突破,完全打破了國外的壟斷,并且創造了廣闊的市場空間,唯有此,這才能引起市場的狂熱,下面就給大家挖挖這個尚未熱潮的技術題材。

            集成電路,按照產品種類分為四大類:微處理器、存儲器、邏輯器件、模擬器件。隨著半導體器件應用領域的不斷擴大,許多特殊場合要求半導體能夠在高溫、強輻射、大功率等環境下依然能夠堅持使用,第一代(硅、鍺)、第二代(化合物半導體)半導體材料無能為力。大部分半導體器件和99%以上的集成電路,實際上都是由硅材料制作的。隨著應用范圍的擴大,以硅材料為主的半導體,已經無法滿足高溫、高壓、抗輻射等方面要求,而碳化硅材料則是硅材料的有力補充。

            碳化硅和氮化鎵都是當前功率半導體的核心技術方向。碳化硅器件的效率、功率密度等性能遠遠高于當前市場主流產品。

            以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(AlN)為代表的寬禁帶半導體材料為半導體材料的市場主導,統稱第三代半導體材料。第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度,更高的擊穿電場、熱導率,適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件,通常又被稱為高溫半導體材料。從第三代半導體材料和器件的研究來看,較為成熟的是碳化硅和氮化鎵,且碳化硅技術最為成熟,而氧化鋅、金剛石、氮化鋁等材料的研究尚屬起步階段。

            SiC碳化硅是一種天然超晶格,由于Si與C雙原子層堆積序列的差異會導致不同的晶體結構,有著超過200種同質多型族。SiC很適合用作新一代發光二極管(LED)的襯底材料、大功率電力電子材料。舉個例子:碳化硅LED照明設備可以在亮度提高2倍的情況下,只使用原LED燈的使用數量的70%,使用成本下降40%,導熱能力提高10倍。LED照明是未來光照領域的發展方向,日常生活中人們可見到的各類信號燈、車內照明、信息屏、彩色顯示設備,白光照明現在都利用碳化硅LED半導體,它能夠實現更高的電光轉換效率,大幅降低成本、減少污染。

            碳化硅還廣泛運用于新能源汽車的快速充電技術。傳統的新能源汽車推廣的難點之一就是充電慢,而現在開發的快速充電樁則使用碳化硅半導體材料,可以大大提高設備的充電效率、降低使用成本,整套裝置的投資更少,收益更高。高端的特斯拉汽車,例如現在產量最高的M3車型中核心的電機控制器全部使用碳化硅半導體模塊。因為在碳化硅的器件可以耐高溫,M3車型可以通過提高驅動模塊的工作溫度來保證動力系統的長時間高功率輸出,這也是特斯拉在電機技術中獨領風騷的優勢之一。

            碳化硅還是一種可以應用在微波通訊上的關鍵材料。微波通訊采用的功率器件需要滿足高頻、大功率和耐高溫的要求,是軍用雷達系統的核心部件。

            碳化硅基微波功率器件的核心材料高純半絕緣碳化硅襯底產品生產、加工難度大,此前只有少數國家掌握該技術,并對他國進行技術封鎖和產品禁運。

            但是國產碳化硅實現突破,其功率密度不僅僅可以滿足軍用,更可以應用到民用5G網絡的建設。高純碳化硅半導體材料技術的成功自研,使得衛星通訊、大數據、云計算、人工智能、物聯網等對網絡傳輸速度和容量有極高要求的功率器件的國產化程度更高,這也是自主可控的重大突破。

            根據上面的分析,我們可以知道碳化硅是制造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,也是第三代半導體產業產業鏈的關鍵基礎材料之一。

            氮化鎵也是一種重要的半導體材料,在制作微波器件和高速數字電路方面得到重要應用,用砷化鎵制成的半導體器件具有高頻、高溫、低溫性能好、噪聲小、抗輻射能力強等優點。

            氮化鎵比硅基器件貴,但是論系統整體成本,氮化鎵與硅基器件的成本差距已經非常小,在大規模量產后可實現比硅器件更高性能與更低成本。

            簡單的來說,碳化硅和氮化鎵都是重要的半導體材料,隨著半導體照明、電力電子、激光器、太陽能產業的發展,碳化硅做襯底制作出的氮化鎵可能是一個半導體材料的突破,而這個突破又是國產芯片突破外部封鎖的重要信息之一,所以即便這個創新沒有馬上應用在實際,但對于未來產業發展具有足夠的領導力。

            微波通訊的發展,又迫切需要高頻大功率的微波器件,西電這個科研成果對于強化我國5G領先水平是具有重要意義的。

            我們再看看西電蕪湖研究院發明的這個材料的信息,由于蕪湖院只是西安電子科技大學的分院,因此主要的科研指導人員還是在西安。

            根據資料顯示,西電博導張玉明是西電微電子學院的院長,也是是寬帶隙半導體國家重點學科實驗室主任,長期在美國從事碳化硅的研究。通過該院的介紹,張玉明團隊這次研發的半導體碳化硅襯底及芯片,具有重要的戰略價值,因為碳化硅襯底的芯片是美國商務部規定的處于榜首的禁運產品,一旦技術應用于產品,就打破這種國產半導體器件受制于人的局面。

            上周市場選擇了天富能源對標碳化硅的炒作,天富能源旗下天科合達藍光半導體有限公司是國內領先的專利規模化生產碳化硅的企業。北京天科合達半導體股份有限公司由新疆天富集團、中國科學院物理研究所共同設立,專業從事第三代半導體碳化硅(SiC)晶片研發、生產和銷售的高新技術企業。公司為全球SiC晶片的主要生產商之一。全資子公司—新疆天科合達藍光半導體有限公司位于新疆石河子市,主要進行碳化硅晶體生長。

            而市場曾經在2018年12月炒作過氮化鎵。

            在2018年中國國際應用科技交易博覽會上,國產5G 通信基站 GaN(氮化鎵)功率放大器芯片 ,在中國發明成果轉化研究院展區對外亮相。GaN芯片已完成多款產品設計,已獲得中電集團客戶認證成功,2019年正式推出商用后,可全面滿足中國5G通信基站對射頻功率放大器的需求。受到利好刺激,海特高新連續大漲,因海特高新旗下的海威華芯擁有國內第一條6英寸砷化鎵/氮化鎵半導體晶圓生產線。

            因為GaN也是第三代半導體 的代表材料。采用GaN的微波射頻器件目前主要用于軍事領域及5G通訊  基站應用場景,出于軍事安全的考量,國外對高性能的氮化鎵器件實行對華禁運。因此,發展自主可控GaN射頻功放產業,對于打破國外壟斷具有重要的意義。

            如果周二市場選擇再次炒作天富能源,那么碳化硅和砷化鎵的題材我認為都有機會發酵,主要選擇個股的對象放在碳化硅。

            作者已持有文中所涉及的股票或其他投資組合。

            本文僅代表撰稿人個人觀點,不代表摩爾金融平臺。

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