鄭有炓院士: 第3世代半導体が新たな発展のチャンスを迎える

同様に、 情報技術と電子情報技術産業の発展需要はまた半導体ざいりょうと技術の発展を駆動した。

第3世代半導体ざいりょう及びその応用

第3世代半導体とは、 GaN、 SiC に代表されるワイドバンド禁止半導体ざいりょう、 それは 20 世紀 50 年代以降 Ge、 Si に代表される第1世代半導体と 70 年代以降 GaAs、 InP に代表される第2世代半導体に続いて、 90 年代に発展した新型広帯域禁止半導体ざいりょう、 すなわち、 禁止帯の幅が明らかに大きい Si （1。 12 eV） と GaAs （1。 43 eV） の半導体ざいりょう、 通常は禁帯域幅がより大きい 2 eV のざいりょう。

現にある注目されているのは 3 るいざいりょう: （1） III 族窒化物半導体含める GaN （3。 4 eV） 、 InN （0。 7 eV） と AlN （6。 2 eV） 及びその固溶合金ざいりょう。 （2） ワイドバンド IV ぞくかごうぶつの SiC （2。 4~3。 1 eV） ダイヤモンドフィルム （5。 5 eV） ざいりょう。 （3） 広帯域禁止酸化物半導体含める Zn ベース酸化物半導体 （2。 8~4。 0 eV） の ZnO、 ZnMgO、 ZnCdO ざいりょうと酸化ガリウム （β-Ga₂O₃、 4。 9 eV） 。 ここで GaN、 SiC ざいりょうはすでに多くの産業分野で成功裏に応用されている。

にある光電子分野、 にベースづく GaN、 InN、 AlN 及びその形成された固溶体合金全成分の直接エネルギーギャップの優れた光電特性、 発展した高効率固体発光光源こうげんとソリッドステート紫外線検出素子、 短波長半導体光電子技術の空白を埋める、 ホワイトライトが点灯、 オーバーラン照明、 フルカラー LED 新紀元の表示と固体紫外線検出、 に接近 20 長年の発展、 技術が日増しに成熟する、 産業が盛んに発展する、 巨大なかがく、 経済のおよび社会の利益、 2019 年間市場規模が 6388 億元。

にある電子分野、 にベースづく GaN、 SiC の広帯域ギャップ、 高電子飽と速度、 こうはかいでんかい、 高熱伝導率や低誘電率などの優れたざいりょう電子特性、 エネルギー効率の向上、 低消費電力、 高極性パフォーマンスと耐劣悪環境の次世代マイクロ波無線周波数デバイス （GaN） とパワーエレクトロニクス （SiC、 GaN） 。

GaN むせんしゅうはそしと GaAs 比較、 より高い動作電圧、 高出力、 より効率の、 高出力密度、 動作温度の向上と放射線耐性の向上。

パワーエレクトロニクスと Si 比較、 より高い動作電圧、 高出力密度、 高動作周波数、 ていしきていこう、 極低逆漏れ電流と耐高温、 耐照射特性。

新インフラ時代の新たなチャンス

現にある、 中国は力を入れて実施している 5G つうしん、 ユビキタスネットワーク、 ビッグデータ、 クラウドコンピューティングと人工知能次世代情報技術およびその自動車関連ネットワーク、 ユーティリティネットワーク、 インテリジェント製つくる、 エナジースマート、 スマートシティ、 医療健康、 軌道交通などの垂直業界のモデルチェンジとグレードアップ発展の新型インフラ整備 （新規インフラストラクチャ） 、 中国の経済社会の革新の発展を推進する、 質の高い発展。

5G 時代の新しいインフラ需要の牽引、 第3世代半導体継手となる 21 世紀初めに世界のエネルギーと環境発展戦略の需要に順応して迎えられた LED 半導体照明産業を特徴とする発展のチャンスの後、 また迎えた第3世代半導体電子技術産業を特徴とする新しい発展のチャンス。

第3世代半導体電子技術はエネルギー効率の高い、 低消費電力、 高極性パフォーマンスと耐劣悪環境の非代替のな利点は、 マイクロ波無線周波数とパワー電子の2つの分野で 5G 情報技術の発展、 新インフラストラクチャの実施は、 技術の底辺からその重要なサポート作用を発揮する。

むせんしゅうはそし無線周波数技術の核心ベース礎装置である、 として無線周波数電力増幅、 アクティブ無線周波数スイッチとむせんしゅうはでんりょくげん応用の将来性が高い。

GaN むせんしゅうはそし従来のシリコンと横拡散金属酸化物半導体へ （Si-LDMOS） と GaAs デバイスの比較、 ある高動作電圧、 高出力、 より効率の、 高出力密度、 動作温度の向上と放射線耐性の向上の利点、 新しいインフラストラクチャの実施を支える、 高度なレーダーから、 電子対抗、 ナビゲーションや空間つうしんなどの軍事電子機器への応用 5G ベースステーション、 ユビキタスネットワーク、 レーザレーダ、 自動運転車ミリ波レーダ、 人工知能及び汎用固体無線周波数電力源などの広い民間分野、 巨大な消費電子市場を開拓する、 見込みがある無線周波数技術分野の発展の新たな枠組みを再構築する。

例えば、 GaN無線周波数デバイス5Gベース地局無線周波電力増幅器 （PA） のコアデバイス、 ベース地局つうしんシステムが直面する巨大エネルギー消費のボトルネック、 はっせいGaN無線周波数デバイスの需要が爆発のに増加。

5G エイサーステーション高周波数帯域動作、 損失が大きい、 伝送距離が短い、 5G ベース地局がまで達するには 4G 信号の同様のオーバーレイターゲット、 必要に応じて 4G ベース地局数の 3~4 倍数 （中国は現にある 4G ベースステーション 445 万個） 、 5G ベース地局はネットワーク容量を向上させるために大規模アレイアンテナ技術を採用する （MIMO） 、 64 チャネル MIMO アレイアンテナの単一ベース地局 PA 需要が接近している 200 個、 したがって 5G ベース地局の消費電力は 4G の 3~4 倍数、 5G ベース地局全体のエネルギー消費量は 4G の 9 倍数以上。

したがって、 GaN 無線周波数デバイスは、 その代替不可能性の利点により、 5G ベースステーション PA の必然のな選択、 そうだね 4G ベースステーション PA アップグレードの主流方向。 新規インフラストラクチャの実施 GaN 無線周波数デバイスはレーダー分野で開拓された広範な民間応用シーン。

GaN のミリ波レーダは体積が小さい、 軽量で解像度が高く、 煙を通す、 霧、 ほこりが強い、 伝送距離が遠い特徴、 ネットワークに接続されます、 ユビキタスネットワーク、 インテリジェント製つくる、 スマート社会など多くの分野で広く応用されている、 例えば 77 GHz 周波数帯の GaN 自動運転車の遠隔検出器としてのミリ波レーダ、 周辺障害物を正確に感知する、 自動非常制動を実現する、 てきおうじゅんこう、 前方衝突アラートなどプロアクティブセキュリティ分野の機能。

パワーエレクトロニクス素子は電気エネルギー変換、 管理のコアデバイス、 デバイスのエネルギー効率が電子システムを決定する、 装備と製品の消費電力の高さ、 体積と質量のサイズ、 コストと信頼性の高さ、 およびスマートモバイル端末の航続性。

現代の電子システムや装備のパワー電子デバイスへの需要はますます高まっている、 要求するだけでなくより高い電力密度と電力効率の向上また、 高極性特性と耐劣悪環境パフォーマンス、 従来の Si 電力電子デバイスの変換効率が低い、 巨額のエネルギー消費をコストとして必要、 また、 遮断電圧などのデバイスパフォーマンス、 スイッチング周波数、 変換効率と信頼性の向上が近づいてきました Si ざいりょうぶつりげんかい、 厳しい挑戦に直面する。

SiC、 GaN パワーエレクトロニクス素子の保有超過 Si デバイスの優れた特性、 満足できる 5G 情報技術の新たなインフラ分野の新たな需要、 データセンターの解決、 無線ベース地局などの情報インフラが直面する巨大なエネルギー消費のボトルネックとサポート IT モバイルインテリジェント端末実装小型化、 軽量化、 そして航続能力を向上させる、 新エネルギー車を支える、 エナジースマート、 きどうこうつう、 インテリジェント製つくるなど新インフラの優位性応用分野の産業発展の切実な需要。

SiC、 GaN パワーエレクトロニクス素子は、 ざいりょうの電気の性質の違い異なる電力用途シーンに適している: SiC パワーデバイスを高電圧に応用、 高出力の電力制御、 例えば、 新エネルギー自動車及びその充電インフラ及び新エネルギー電力インバータ装置及びスマートエネルギーシステム。

テストデータによると、 新エネルギー車の採用 SiC パワーモジュールのインバータによりスイッチング損失を低減 75% （チップ温度 215℃） 、 インバータサイズ低下 43%、 ひんしつしょうか 6 kg、 自動車を連続航続距離にするぞうか 20%~30%。

中国は世界最大の新エネルギー車市場、 2019 年の中国新エネルギー車販売台数 116 万台、 全世界を占める 54%、 自動車用パワーデバイス市場の増分は大きい、 のために SiC パワー電子デバイスとモジュール産業がもたらす巨大な発展空間。 GaN 電力デバイスの低電圧への応用、 高周波の電力制御、 消費電子分野における極めて広範な応用見通し。

特にその作業頻度の高さにベースづく、 動の損失が小さい、 導通抵抗が低く高温に強い、 発熱量の低い優れたパフォーマンス、 として最適スイッチング電源応用、 現代の各種消費電子端末に提供する緑の高効率電源装置。

例えば電源アダプタとしての急速充電電源、 解決する Si デバイスの急速充電を実現するために電力を向上させ、 体積を増大させる矛盾に直面する、 電源電力の損失とサイズ激減する 50%、 携帯電話の充電時間を短縮するだけでなく、 航続能力の効果のな向上、 携帯電話の実現も期待される、 タブレットPC、 ゲーム機、 AR めがね、 VR ヘルメットなどいろいろ携帯端末の充電の一体化、 サポートは携帯可能 IT ターミナル製品の発展、 現にあるになる GaN パワーエレクトロニクス産業の発展の風口、 予想される 2025 年の世界 GaN 急速充電製品市場は 600 数億元。

GaN パワーデバイスと SiC 比較、 スイッチング速度が速い、 オン抵抗の低下、 駆動損失の低減、 変換効率の向上、 より低い発熱、 かつ Si ベース GaN デバイスのコストが低い利点、 したがって GaN パワーエレクトロニクス技術は面の広いものだけでなく消費電子分野、 そして新インフラには様々な中低圧アプリケーションシーン中には極めて広範な応用の将来性がある。

将来展望

にある 5G 情報技術時代、 第3世代半導体が新たな発展のチャンスを迎える、 新インフラの実施は第3世代半導体産業の発展を黄金の窓口期に後押しする、 発展の勢いをみせる、 徐々に実現する見込み自主制御可能、 安全で信頼性の高い第3世代半導体産業システム、 初代、 第2世代半導体優位性の相補性、 協同サポート次世代情報技術の革新の発展、 中国の新時期の社会経済の質の高い発展を支える。