Semikonduktor berfungsi sebagai landasan era informasi, dengan setiap iterasi material mendefinisikan ulang batasan teknologi manusia. Dari semikonduktor berbasis silikon generasi pertama hingga material bandgap ultra-lebar generasi keempat saat ini, setiap lompatan evolusi telah mendorong kemajuan transformatif dalam komunikasi, energi, dan komputasi. Dengan menganalisis karakteristik dan logika transisi generasi material semikonduktor yang ada, kita dapat memprediksi arah potensial untuk semikonduktor generasi kelima sambil mengeksplorasi jalur strategis Tiongkok di arena yang kompetitif ini.
I. Karakteristik dan Logika Evolusi Empat Generasi Semikonduktor
Semikonduktor Generasi Pertama: Era Fondasi Silikon-Germanium
Karakteristik: Semikonduktor unsur seperti silikon (Si) dan germanium (Ge) menawarkan efektivitas biaya dan proses manufaktur yang matang, namun memiliki celah pita yang sempit (Si: 1,12 eV; Ge: 0,67 eV), yang membatasi toleransi tegangan dan kinerja frekuensi tinggi.
Aplikasi: Sirkuit terpadu, sel surya, perangkat tegangan rendah/frekuensi rendah.
Penggerak Transisi: Meningkatnya permintaan untuk kinerja frekuensi tinggi/suhu tinggi dalam optoelektronik melampaui kemampuan silikon.
Semikonduktor Generasi Kedua: Revolusi Senyawa III-V
Karakteristik: Senyawa III-V seperti galium arsenida (GaAs) dan indium fosfida (InP) memiliki celah pita yang lebih lebar (GaAs: 1,42 eV) dan mobilitas elektron yang tinggi untuk aplikasi RF dan fotonik.
Aplikasi: Perangkat RF 5G, dioda laser, komunikasi satelit.
Tantangan: Kelangkaan material (kelimpahan indium: 0,001%), unsur beracun (arsenik), dan biaya produksi tinggi.
Driver Transisi: Aplikasi energi/daya membutuhkan material dengan tegangan tembus yang lebih tinggi.
Semikonduktor Generasi Ketiga: Revolusi Energi Celah Pita Lebar
Karakteristik: Silikon karbida (SiC) dan galium nitrida (GaN) memberikan celah pita >3eV (SiC:3,2eV; GaN:3,4eV), dengan konduktivitas termal yang unggul dan karakteristik frekuensi tinggi.
Aplikasi: Powertrain EV, inverter PV, infrastruktur 5G.
Keunggulan: Penghematan energi 50%+ dan pengurangan ukuran 70% dibandingkan silikon.
Penggerak Transisi: AI/komputasi kuantum membutuhkan material dengan metrik kinerja ekstrem.
Semikonduktor Generasi Keempat: Batas Celah Pita Ultra-Lebar
Karakteristik: Galium oksida (Ga₂O₃) dan berlian (C) mencapai celah pita hingga 4,8 eV, menggabungkan resistansi aktif yang sangat rendah dengan toleransi tegangan sekelas kV.
Aplikasi: IC tegangan ultra tinggi, detektor UV dalam, komunikasi kuantum.
Terobosan: Perangkat Ga₂O₃ menahan >8kV, melipatgandakan efisiensi SiC.
Logika Evolusi: Lompatan kinerja skala kuantum diperlukan untuk mengatasi batasan fisik.
I. Tren Semikonduktor Generasi Kelima: Material Kuantum & Arsitektur 2D
Vektor pengembangan potensial meliputi:
1. Isolator Topologi: Konduksi permukaan dengan isolasi massal memungkinkan elektronik tanpa kehilangan.
2. Material 2D: Graphena/MoS₂ menawarkan respons frekuensi THz dan kompatibilitas elektronik yang fleksibel.
3. Titik Kuantum & Kristal Fotonik: Rekayasa celah pita memungkinkan integrasi optoelektronik-termal.
4. Bio-Semikonduktor: Material perakitan mandiri berbasis DNA/protein menjembatani biologi dan elektronik.
5. Penggerak Utama: AI, antarmuka otak-komputer, dan tuntutan superkonduktivitas suhu ruangan.
II. Peluang Semikonduktor Tiongkok: Dari Pengikut Menjadi Pemimpin
1. Terobosan Teknologi
• Generasi ke-3: Produksi massal substrat SiC 8 inci; MOSFET SiC kelas otomotif di kendaraan BYD
• Generasi ke-4: Terobosan epitaksi Ga₂O₃ 8 inci oleh XUPT dan CETC46
2. Dukungan Kebijakan
• Rencana Lima Tahun ke-14 memprioritaskan semikonduktor generasi ke-3
• Dana industri provinsi senilai ratusan miliar yuan didirikan
• Perangkat GaN berukuran 6-8 inci dan transistor Ga₂O₃ masuk dalam daftar 10 kemajuan teknologi teratas pada tahun 2024
III. Tantangan dan Solusi Strategis
1. Kendala Teknis
• Pertumbuhan Kristal: Hasil rendah untuk bola berdiameter besar (misalnya, retakan Ga₂O₃)
• Standar Keandalan: Kurangnya protokol yang ditetapkan untuk pengujian penuaan daya tinggi/frekuensi tinggi
2. Kesenjangan Rantai Pasokan
• Peralatan: <20% konten dalam negeri untuk penanam kristal SiC
• Adopsi: Preferensi hilir untuk komponen impor
3. Jalur Strategis
• Kolaborasi Industri-Akademisi: Dimodelkan berdasarkan “Aliansi Semikonduktor Generasi Ketiga”
• Fokus Niche: Prioritaskan komunikasi kuantum/pasar energi baru
• Pengembangan Bakat: Menetapkan program akademik “Chip Science & Engineering”
Dari silikon hingga Ga₂O₃, evolusi semikonduktor mencatat kemenangan manusia atas batasan fisik. Peluang Tiongkok terletak pada penguasaan material generasi keempat sekaligus memelopori inovasi generasi kelima. Seperti yang dicatat oleh Akademisi Yang Deren: “Inovasi sejati membutuhkan penempaan jalur yang belum pernah dilalui.” Sinergi kebijakan, modal, dan teknologi akan menentukan nasib semikonduktor Tiongkok.
XKH telah muncul sebagai penyedia solusi terintegrasi vertikal yang mengkhususkan diri dalam material semikonduktor canggih di berbagai generasi teknologi. Dengan kompetensi inti yang mencakup pertumbuhan kristal, pemrosesan presisi, dan teknologi pelapisan fungsional, XKH menghadirkan substrat berkinerja tinggi dan wafer epitaksial untuk aplikasi mutakhir dalam elektronika daya, komunikasi RF, dan sistem optoelektronik. Ekosistem manufaktur kami mencakup proses hak milik untuk memproduksi wafer silikon karbida dan galium nitrida berukuran 4-8 inci dengan pengendalian cacat terdepan di industri, sambil mempertahankan program R&D aktif dalam material celah pita ultra-lebar yang sedang berkembang termasuk semikonduktor galium oksida dan berlian. Melalui kolaborasi strategis dengan lembaga penelitian dan produsen peralatan terkemuka, XKH telah mengembangkan platform produksi fleksibel yang mampu mendukung produksi produk standar bervolume tinggi dan pengembangan khusus solusi material yang disesuaikan. Keahlian teknis XKH berfokus pada penanganan tantangan industri yang kritis seperti peningkatan keseragaman wafer untuk perangkat daya, peningkatan manajemen termal dalam aplikasi RF, dan pengembangan heterostruktur baru untuk perangkat fotonik generasi berikutnya. Dengan menggabungkan ilmu material canggih dengan kemampuan rekayasa presisi, XKH memungkinkan pelanggan untuk mengatasi keterbatasan kinerja dalam aplikasi frekuensi tinggi, daya tinggi, dan lingkungan ekstrem sambil mendukung transisi industri semikonduktor dalam negeri menuju kemandirian rantai pasokan yang lebih besar.
Berikut ini adalah wafer safir 12 inci dan substrat SiC 12 inci milik XKH:
Waktu posting: 06-Jun-2025