پانچویں نسل کے سیمی کنڈکٹر مواد کے لیے پیشین گوئیاں اور چیلنجز

سیمی کنڈکٹرز معلوماتی دور کے سنگ بنیاد کے طور پر کام کرتے ہیں، ہر مادی تکرار کے ساتھ انسانی ٹیکنالوجی کی حدود کو از سر نو متعین کیا جاتا ہے۔ پہلی نسل کے سلکان پر مبنی سیمی کنڈکٹرز سے لے کر آج کی چوتھی نسل کے الٹرا وائیڈ بینڈ گیپ مواد تک، ہر ارتقائی چھلانگ نے مواصلات، توانائی اور کمپیوٹنگ میں تبدیلی کی پیشرفت کی ہے۔ موجودہ سیمی کنڈکٹر مواد کی خصوصیات اور نسلی منتقلی کی منطق کا تجزیہ کرکے، ہم اس مسابقتی میدان میں چین کے اسٹریٹجک راستے تلاش کرتے ہوئے پانچویں نسل کے سیمی کنڈکٹرز کے لیے ممکنہ سمتوں کا اندازہ لگا سکتے ہیں۔

I. چار سیمی کنڈکٹر نسلوں کی خصوصیات اور ارتقائی منطق

پہلی نسل کے سیمی کنڈکٹرز: سلیکون-جرمینیم فاؤنڈیشن کا دور

خصوصیات: سلکان (Si) اور جرمینیم (Ge) جیسے عنصری سیمی کنڈکٹرز لاگت کی تاثیر اور بالغ مینوفیکچرنگ کے عمل کو پیش کرتے ہیں، پھر بھی تنگ بینڈ گیپس (Si: 1.12 eV؛ Ge: 0.67 eV) سے متاثر ہوتے ہیں، وولٹیج رواداری اور اعلی تعدد کی کارکردگی کو محدود کرتے ہیں۔
ایپلی کیشنز: انٹیگریٹڈ سرکٹس، سولر سیلز، کم وولٹیج/کم فریکوئینسی ڈیوائسز۔
ٹرانزیشن ڈرائیور: آپٹو الیکٹرانکس میں اعلی تعدد/اعلی درجہ حرارت کی کارکردگی کی بڑھتی ہوئی مانگ نے سلیکون کی صلاحیتوں کو پیچھے چھوڑ دیا ہے۔

دوسری نسل کے سیمی کنڈکٹرز: III-V کمپاؤنڈ انقلاب

خصوصیات: III-V مرکبات جیسے گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) اور انڈیم فاسفائیڈ (InP) وسیع بینڈ گیپس (GaAs: 1.42 eV) اور RF اور فوٹوونک ایپلی کیشنز کے لیے ہائی الیکٹران موبلٹی کی خصوصیت رکھتے ہیں۔
ایپلی کیشنز: 5G RF ڈیوائسز، لیزر ڈائیوڈس، سیٹلائٹ کمیونیکیشنز۔
چیلنجز: مواد کی کمی (انڈیم کی کثرت: 0.001%)، زہریلے عناصر (سنکھیا)، اور اعلی پیداواری لاگت۔
ٹرانزیشن ڈرائیور: انرجی/پاور ایپلی کیشنز نے زیادہ بریک ڈاؤن وولٹیج والے مواد کا مطالبہ کیا۔

تیسری نسل کے سیمی کنڈکٹرز: وسیع بینڈ گیپ توانائی کا انقلاب

خصوصیات: سلکان کاربائیڈ (SiC) اور گیلیم نائٹرائڈ (GaN) بینڈ گیپس >3eV (SiC:3.2eV؛ GaN:3.4eV) فراہم کرتے ہیں، اعلی تھرمل چالکتا اور اعلی تعدد خصوصیات کے ساتھ۔
ایپلی کیشنز: ای وی پاور ٹرینز، پی وی انورٹرز، 5 جی انفراسٹرکچر۔
فوائد: 50%+ توانائی کی بچت اور 70% سائز میں کمی بمقابلہ سلیکون۔
ٹرانزیشن ڈرائیور: AI/کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے انتہائی کارکردگی کے میٹرکس والے مواد کی ضرورت ہوتی ہے۔

فورتھ جنریشن سیمی کنڈکٹرز: الٹرا وائیڈ بینڈ گیپ فرنٹیئر

خصوصیات: گیلیم آکسائیڈ (Ga₂O₃) اور ڈائمنڈ (C) 4.8eV تک بینڈ گیپس حاصل کرتے ہیں، انتہائی کم آن مزاحمت کو kV کلاس وولٹیج رواداری کے ساتھ ملاتے ہیں۔
ایپلی کیشنز: الٹرا ہائی وولٹیج ICs، گہری UV ڈٹیکٹر، کوانٹم کمیونیکیشن۔
کامیابیاں: Ga₂O₃ ڈیوائسز>8kV کا مقابلہ کرتے ہیں، SiC کی کارکردگی کو تین گنا کرتے ہیں۔
ارتقائی منطق: جسمانی حدود پر قابو پانے کے لیے کوانٹم پیمانے پر کارکردگی کی چھلانگ کی ضرورت ہے۔

I. پانچویں نسل کے سیمی کنڈکٹر رجحانات: کوانٹم میٹریلز اور 2D آرکیٹیکچرز

ممکنہ ترقی کے ویکٹر میں شامل ہیں:

1. ٹاپولوجیکل انسولیٹر: بلک موصلیت کے ساتھ سطح کی ترسیل صفر نقصان والے الیکٹرانکس کو قابل بناتی ہے۔

2. 2D مواد: گرافین/MoS₂ THz-فریکوئنسی رسپانس اور لچکدار الیکٹرانکس مطابقت پیش کرتے ہیں۔

3. کوانٹم ڈاٹس اور فوٹوونک کرسٹلز: بینڈ گیپ انجینئرنگ آپٹو الیکٹرانک تھرمل انضمام کو قابل بناتی ہے۔

4. بائیو سیمی کنڈکٹرز: ڈی این اے/پروٹین پر مبنی خود کو جمع کرنے والے مواد حیاتیات اور الیکٹرانکس کو پلاتے ہیں۔

5. کلیدی ڈرائیور: AI، دماغی کمپیوٹر انٹرفیس، اور کمرے کے درجہ حرارت کی سپر کنڈکٹیویٹی کے مطالبات۔

II چین کے سیمی کنڈکٹر مواقع: پیروکار سے رہنما تک

1. ٹیکنالوجی کی کامیابیاں
3rd-Gen: 8 انچ کے SiC سبسٹریٹس کی بڑے پیمانے پر پیداوار؛ BYD گاڑیوں میں آٹوموٹو گریڈ SIC MOSFETs
• 4th-Gen: XUPT اور CETC46 کے ذریعے 8 انچ Ga₂O₃ ایپیٹیکسی کامیابیاں

2. پالیسی سپورٹ
• 14 واں پانچ سالہ منصوبہ تیسری نسل کے سیمی کنڈکٹرز کو ترجیح دیتا ہے۔
• صوبائی سو بلین یوآن صنعتی فنڈز قائم کیے گئے۔

• سنگ میل 6-8 انچ GaN ڈیوائسز اور Ga₂O₃ ٹرانجسٹرز 2024 میں ٹاپ 10 ٹیک ایڈوانسمنٹ میں شامل ہیں۔

III چیلنجز اور اسٹریٹجک حل

1. تکنیکی رکاوٹیں
• کرسٹل کی نمو: بڑے قطر کے باؤلز کے لیے کم پیداوار (جیسے، Ga₂O₃ کریکنگ)
قابل اعتماد معیارات: ہائی پاور/ ہائی فریکوئنسی عمر رسیدہ ٹیسٹوں کے لیے قائم کردہ پروٹوکول کی کمی

2. سپلائی چین گیپس
سامان: SiC کرسٹل کاشتکاروں کے لیے <20% گھریلو مواد
• اپنانا: درآمد شدہ اجزاء کے لیے ڈاؤن اسٹریم ترجیح

3. اسٹریٹجک راستے

• انڈسٹری-اکیڈمیا تعاون: "تھرڈ-جنرل سیمی کنڈکٹر الائنس" کے بعد تیار کیا گیا

• طاق فوکس: کوانٹم کمیونیکیشنز/نئی توانائی کی منڈیوں کو ترجیح دیں۔

• ٹیلنٹ ڈویلپمنٹ: "چپ سائنس اور انجینئرنگ" تعلیمی پروگرام قائم کریں۔

سلیکون سے لے کر Ga₂O₃ تک، سیمی کنڈکٹر ارتقاء طبعی حدود پر انسانیت کی فتح کا بیان کرتا ہے۔ چین کا موقع چوتھی نسل کے مواد میں مہارت حاصل کرنے میں ہے جبکہ پانچویں نسل کی اختراعات کو آگے بڑھا رہا ہے۔ جیسا کہ ماہر تعلیم یانگ ڈیرن نے نوٹ کیا: "حقیقی اختراع کے لیے غیر سفری راستوں کو بنانے کی ضرورت ہوتی ہے۔" پالیسی، سرمایہ اور ٹیکنالوجی کی ہم آہنگی چین کی سیمی کنڈکٹر تقدیر کا تعین کرے گی۔

XKH عمودی طور پر مربوط حل فراہم کنندہ کے طور پر ابھرا ہے جو متعدد ٹیکنالوجی نسلوں میں جدید سیمی کنڈکٹر مواد میں مہارت رکھتا ہے۔ کرسٹل گروتھ، پریزین پروسیسنگ، اور فنکشنل کوٹنگ ٹیکنالوجیز پر محیط بنیادی صلاحیتوں کے ساتھ، XKH پاور الیکٹرانکس، RF کمیونیکیشنز، اور آپٹو الیکٹرانک سسٹمز میں جدید ترین ایپلی کیشنز کے لیے اعلیٰ کارکردگی والے سبسٹریٹس اور ایپیٹیکسیل ویفر فراہم کرتا ہے۔ ہمارا مینوفیکچرنگ ایکو سسٹم 4-8 انچ سلکان کاربائیڈ اور گیلیم نائٹرائڈ ویفرز تیار کرنے کے لیے ملکیتی عمل کو شامل کرتا ہے جس میں صنعت کے نمایاں نقائص پر قابو پایا جاتا ہے، جبکہ گیلیم آکسائیڈ اور ڈائمنڈ سیمی کنڈکٹ سمیت ابھرتے ہوئے الٹرا وائیڈ بینڈ گیپ مواد میں فعال R&D پروگراموں کو برقرار رکھا جاتا ہے۔ معروف تحقیقی اداروں اور سازوسامان کے مینوفیکچررز کے ساتھ اسٹریٹجک تعاون کے ذریعے، XKH نے ایک لچکدار پیداواری پلیٹ فارم تیار کیا ہے جو معیاری مصنوعات کی اعلیٰ حجم کی تیاری اور اپنی مرضی کے مطابق مواد کے حل کی خصوصی ترقی دونوں میں معاونت کرنے کے قابل ہے۔ XKH کی تکنیکی مہارت صنعت کے اہم چیلنجوں سے نمٹنے پر مرکوز ہے جیسے کہ پاور ڈیوائسز کے لیے ویفر یکسانیت کو بہتر بنانا، RF ایپلی کیشنز میں تھرمل مینجمنٹ کو بڑھانا، اور اگلی نسل کے فوٹوونک آلات کے لیے نئے ہیٹرسٹرکچر تیار کرنا۔ اعلی درجے کی مادی سائنس کو درست انجینئرنگ کی صلاحیتوں کے ساتھ جوڑ کر، XKH صارفین کو زیادہ سے زیادہ سپلائی چین کی آزادی کی طرف گھریلو سیمی کنڈکٹر صنعت کی منتقلی کی حمایت کرتے ہوئے اعلی تعدد، اعلی طاقت، اور انتہائی ماحولیاتی ایپلی کیشنز میں کارکردگی کی حدود پر قابو پانے کے قابل بناتا ہے۔

درج ذیل ہیں XKH کا 12inchsapphire wafer اور 12inch SiC سبسٹریٹ: