中國科學(xué)技術(shù)在5G領(lǐng)域中半導(dǎo)體材料的應(yīng)用與發(fā)展

朱泓達(dá)

摘要：伴隨著科學(xué)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為了電子領(lǐng)域中的中流砥柱，在未來的發(fā)展中，半導(dǎo)體將繼續(xù)不斷的更新?lián)Q代。而通訊領(lǐng)域5G的出現(xiàn)，對于未來的移動基站信號來說有了更高的要求，要求移動基站的帶寬要盡量達(dá)到]GHz，而以往的傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)無法達(dá)到這一要求。第三代半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)成功的解決了這一問題，是5G發(fā)展進(jìn)程中的核心技術(shù)。本文主要針對于在我國科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中半導(dǎo)體材料的發(fā)展以及在5G領(lǐng)域中的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：5G領(lǐng)域;半導(dǎo)體材料;第三代更新

第三代半導(dǎo)體主要的構(gòu)成材料是SiC、GaN，這兩種新型材料的出現(xiàn)成功將以往半導(dǎo)體所擁有的能力得到了進(jìn)一步的提升，這其中包括：寬帶帶寬度、高臨界場強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、高載流子炮、速率等等。除此之外，峰值電子速度也有了顯著的提升，因此，使用這兩種新型材料所研制而成的第三代半導(dǎo)體材料在未來將有著更廣闊的前景。

1第三代半導(dǎo)體國內(nèi)研究現(xiàn)狀

使用GaN這種材料制作而成的射頻器件，能夠讓半導(dǎo)體擁有更廣闊的發(fā)展前景，例如高工作電壓、高功率密度、高帶寬等。這些前景以及發(fā)展方向都讓第三代半導(dǎo)體在5G領(lǐng)域得到了更好的發(fā)展方向。而國內(nèi)對于第三代半導(dǎo)體材料的研究也已經(jīng)有了巨大的進(jìn)展與突破。

我國國內(nèi)當(dāng)下研究這項技術(shù)的企業(yè)有蘇州能訊、中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所、中國電子科技集團(tuán)第五十五研究所，這三者都取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。在2013年，蘇州能訊就已經(jīng)建設(shè)完成了國內(nèi)第一條GaN商業(yè)器件生產(chǎn)線，將工作頻率成功提升到了2500M-2690MHz之間，與此同時，功率也已經(jīng)達(dá)到了驚人的160W，將整個射頻器件的工作效率開發(fā)到了70%。而第十三研究所則是將基站功效得到了提升與發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)出了2.5G-2.7GHz頻段的250W高壓基站功效。而第五十五研究所則是將帶寬內(nèi)部峰值功率提升到了11.7W。除了這三者之外，中科院半導(dǎo)體所、北京大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)在第三代半導(dǎo)體的開發(fā)方面也作出了杰出的貢獻(xiàn)。

但是在目前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)中，由于GaN這種材料的單品襯底技術(shù)尚未達(dá)標(biāo)，因此第三代半導(dǎo)體材料往往是在SiC上進(jìn)行生長。在未來的發(fā)展中，可以利用SiC材料的高熱導(dǎo)率特性，來生產(chǎn)出大尺寸高質(zhì)量的SiC體塊單晶。

國內(nèi)對于SiC材料單晶的研究時間不長，主要的研究單位有山東大學(xué)、中國科學(xué)院物理研究所、中國科學(xué)院硅酸鹽研究所、中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所等等單位。雖然以上單位對于我國SiC材料的單晶研究做出了杰出的貢獻(xiàn)，但是在當(dāng)下，以整體的眼光來看我國這項技術(shù)與歐美國家相比依舊較為落后。除此之外，美國Cree公司對于半絕緣產(chǎn)品實行了禁止運(yùn)輸，因此在未來的發(fā)展中，如果我國需要使用6英寸半絕緣SiC材料襯底需要進(jìn)行自我研發(fā)。只有將這一技術(shù)難關(guān)進(jìn)行攻克，我國才真正的能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)、器材、裝備的一條龍生產(chǎn)。山東大學(xué)在國家的支持下，主要研究了大尺寸SiC單晶生長初期成核控制這項技術(shù)。山東大學(xué)對于這項技術(shù)進(jìn)行了關(guān)鍵參數(shù)模擬計算，從而實現(xiàn)了生長工藝降低潛能級雜質(zhì)濃度的優(yōu)化。這項技術(shù)的實現(xiàn)，生產(chǎn)出了6英寸半的絕緣單晶，這讓高品質(zhì)GaN的發(fā)展真正成為了指日可待。

在我國發(fā)展微波功率器件的過程中，主要的核心材料來自于使用SiC襯底進(jìn)行GaN結(jié)構(gòu)的生長。對于這項技術(shù)，中科院半導(dǎo)體所以及西安電子科技大學(xué)、第十三研究所、第五十五研究所、蘇州能訊、北京大學(xué)進(jìn)行了聯(lián)合研究，成功的將這項技術(shù)的關(guān)鍵問題得到了初步的攻克。而我國對于這項高新技術(shù)的發(fā)展也提出了更多的幫助與扶持政策，這其中包括了戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料發(fā)展專項。針對于這一問題，我國做出了全方位的產(chǎn)業(yè)布局，希望能夠通過這方面的提升來讓我國相關(guān)技術(shù)得到突破。

2對未來5G與第三代半導(dǎo)體的展望

在未來的發(fā)展中，5G將成為人們的生活方式，海量的機(jī)器通信以及人工智能將涌現(xiàn)出來，這其中智慧城市、智能家居將成為代表與移動通信相融合。5G網(wǎng)絡(luò)將接納現(xiàn)在幾十上百倍的智慧設(shè)備，而這對于半導(dǎo)體的使用有著一定的要求。除了這智慧設(shè)備以外，還有著一些普通行業(yè)需要進(jìn)行5g網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)動，例如車聯(lián)網(wǎng)，移動醫(yī)療，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等等。

3結(jié)語

在5g網(wǎng)絡(luò)投入商用的初期，運(yùn)營商將開展大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，這對于半導(dǎo)體等等基礎(chǔ)材料有著更高的要求。伴隨著5g網(wǎng)絡(luò)向垂直行業(yè)的應(yīng)用與滲透，各個行業(yè)在武器設(shè)備上支出也將穩(wěn)步增長，成為帶動相關(guān)設(shè)備制造企業(yè)收入增長的主要力量。在未來的發(fā)展中，5類行業(yè)將繼續(xù)得到不斷的提升，而第三代半導(dǎo)體在5g通訊中的應(yīng)用有著非常廣闊的前景與機(jī)遇。