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2023-08-16
Matérias primas chaves do semicondutor sob controlos de exportações
O 1º de agosto de 2023, o ministério de comércio e a administração geral dos costumes de China executaram oficialmente controlos de exportações em matérias primas gálio e germânio do semicondutor. Há umas várias opiniões na indústria em relação a este movimento, e muitos povos acreditam que é em resposta ao controle promovido do ASML holandês na exportação de máquinas da litografia. Mas em agosto de 2022. O Estados Unidos incluiu o óxido do gálio do material do semicondutor da alto-pureza em sua lista de controlo de exportações proibida a China. O departamento da indústria e da segurança (BIS) do Ministério dos E.U. de Comércio igualmente anunciou a inclusão de quartos materiais do semicondutor da geração tais como o óxido e o diamante do gálio, que podem suportar altas temperaturas e tensões, assim como o software de ECAD projetado especificamente para microplaquetas em 3nm e abaixo, em controlos de exportações novos.
Naquele tempo, não havia muitos povos que pagam a atenção a este controlo de exportações, e não era até um ano mais tarde que China incluiu o gálio na lista de controlo de exportações que a indústria começou a pagar a atenção ao material importante de quartos semicondutores da geração - óxido do gálio. O gálio e o germânio são matérias primas chaves na indústria do semicondutor, e suas aplicações cobrem a fabricação de primeiros a quartos semicondutores da geração. Hoje, com a lei de Moore que enfrenta um gargalo, os materiais do semicondutor com larguras maiores do bandgap, tais como o diamante, óxido do gálio, AlN, e BN, têm o potencial transformar-se a força motriz para a próxima geração de tecnologia da informação devido a suas propriedades físicas excelentes.
Para China, é um período crítico para o desenvolvimento dos semicondutores, e as várias sanções do Estados Unidos fizeram à pesquisa dos materiais revolucionários chaves tais como o óxido do gálio uma limitação chave da descoberta. Apesar dos desafios numerosos, se nós podemos suceder nesta revolução de tecnologia do semicondutor, China terá o potencial pular de uma central elétrica de fabricação a uma central elétrica de fabricação, conseguindo uma transformação verdadeiramente inaudita em um século. Esta é não somente um teste principal da força tecnologico de China, mas igualmente uma oportunidade importante apresentar a capacidade de China para enfrentar desafios tecnologicos globais.
Vantagens além do carboneto de silicone e do óxido do gálio
O óxido do gálio, um quarto material do semicondutor da geração, tem vantagens tais como a grande largura do bandgap (eV 4,8), a força de campo crítica alta da divisão (8MV/cm), e boas características da condução. O óxido do gálio tem cinco confirmou os formulários de cristal, entre que o mais estável é o β- Ga2O3. Sua largura do bandgap é o eV 4.8-4.9, e a força de campo da divisão é tão alta quanto 8 MV/cm. Sua resistência da condução é muito mais baixa do que aquela de sic e GaN, extremamente reduzindo a perda da condução do dispositivo. Seu parâmetro característico, prêmio de Baliga (BFOM), é tão alto quanto 3400, aproximadamente 10 vezes que de sic e 4 vezes que de GaN.
Comparado ao carboneto de silicone e ao nitreto do gálio, o processo do crescimento de óxido do gálio pode ser conseguido usando o método líquido do derretimento na pressão atmosférica, que resultados no rendimento de alta qualidade, alto, e no baixo custo. Devido a seus próprios características, carboneto de silicone e nitreto do gálio pode somente ser produzido pelo método em fase gasosa, que exige a manutenção de um ambiente de produção de alta temperatura e o consumo de uma grande quantidade de energia. Isto significa que o óxido do gálio terá uma vantagem custada na produção e na fabricação, e é apropriado para que os fabricantes domésticos aumentem rapidamente a capacidade de produção.
Em comparação com o carboneto de silicone, o óxido do gálio ultrapassa o carboneto de silicone em quase todos os parâmetros de desempenho. Especialmente com suas grande largura do bandgap e força de campo alta da divisão, tem vantagens significativas em aplicações de alta potência e de alta frequência
Aplicações e potencial específicos do mercado do óxido do gálio
As perspectivas do desenvolvimento do óxido do gálio são cada vez mais proeminentes, e o mercado é monopolizado atualmente principalmente por dois gigantes em Japão, por Novell Crystal Technology (NCT) e por Flosfia. NCT tem investido na investigação e desenvolvimento do óxido do gálio desde 2012, com sucesso quebrando com as tecnologias chaves múltiplas, incluindo a tecnologia de cristal e epitaxial do óxido do gálio de 2 polegadas, assim como a produção em massa de materiais do óxido do gálio. Seus eficiência e elevado desempenho foram reconhecidos extensamente na indústria. Produziu em massa com sucesso bolachas do óxido do gálio de 4 polegadas em 2021 e começou-as fornecer as bolachas do cliente, mantendo mais uma vez Japão adiante na competição de terceira geração do semicondutor composto.
De acordo com a previsão de NCT, o mercado para bolachas do óxido do gálio crescerá rapidamente na próxima década e expandirá a aproximadamente RMB 3,02 bilhões em 2030. FLOSFIA prevê que em 2025, o tamanho do mercado de dispositivos de poder do óxido do gálio começará a ultrapassar aquele do nitreto do gálio, alcançando 1,542 bilhão dólares americanos (aproximadamente 10 bilhão RMB) em 2030, esclarecendo 40% do carboneto de silicone e das 1,56 vezes que do nitreto do gálio. De acordo com a previsão da economia de Fuji, o tamanho do mercado de componentes do poder do óxido do gálio alcançará 154,2 bilhão ienes (aproximadamente 9,276 bilhão yuan) em 2030, ultrapassando o tamanho do mercado de componentes do poder do nitreto do gálio. Esta tendência reflete o potencial do importância e o futuro do óxido do gálio em dispositivos eletrónicos do poder.
O óxido do gálio tem vantagens significativas em determinados campos específicos da aplicação. No campo da eletrônica de poder, os dispositivos de poder do óxido do gálio sobrepõem parcialmente com o nitreto do gálio e o carboneto de silicone. No campo militar, são usados principalmente em sistemas de controlo do poder tais como armas eletromagnéticas de alta potência, tanques, aviões de combate, e navios, assim como fontes resistentes resistentes e de alta temperatura da radiação de alimentação aeroespacial. O setor civil é aplicado principalmente nos campos tais como redes elétricas, a tração elétrica, o photovoltaics, os veículos elétricos, os aparelhos eletrodomésticos, o equipamento médico, e os produtos eletrónicos de consumo.
O mercado novo do veículo da energia igualmente fornece uma encenação enorme da aplicação para o óxido do gálio. Contudo, em China, os dispositivos de poder a nível do veículo foram sempre fracos, e não há atualmente nenhum sic MOS IDM a nível do veículo. Embora diversas empresas Fabless que o contrato com XFab pode rapidamente ter detalhado especificações do SBD e do MOS ao mercado, e as vendas e o progresso do financiamento sejam relativamente lisos, no futuro, elas ainda precisem de construir seu próprio FABULOSO para dominar a capacidade de produção e para desenvolver processos originais, a fim gerar vantagens competitivas diferenciadas.
As estações de carregamento são sensíveis muito custado, que fornece uma oportunidade para o óxido do gálio. Se
Se o óxido do gálio pode cumprir ou mesmo exceder exigências do desempenho ao ganhar o reconhecimento do mercado com vantagens do custo, há uma grande possibilidade de sua aplicação neste campo.
No mercado do dispositivo RF, a capacidade do mercado de óxido do gálio pode referir o mercado de dispositivos epitaxial do nitreto do gálio do carboneto de silicone. O núcleo de veículos novos da energia é o inversor, que tem exigências muito altas para especificações de dispositivo. Atualmente, as empresas tais como o semicondutor de Itália, Hitachi, Ansemy, e Rohm podem reunir o produto e fornecem MOSFETs automotivos da categoria sic. Espera-se que em 2026, este número aumentará a $2,222 bilhões (aproximadamente 15 bilhão RMB), indicando que o óxido do gálio tem perspectivas da aplicação e o potencial largos do mercado no mercado do dispositivo RF.
Uma outra aplicação importante no campo da eletrônica de poder é as baterias 48V. Com o uso difundido de baterias de lítio, um sistema mais alto da tensão pode ser usado para substituir o sistema da tensão 12V de baterias de ligação, conseguindo os objetivos da eficiência elevada, o perca de peso, e a conservação de energia. Estes sistemas de bateria do lítio usarão extensamente a tensão 48V, e para sistemas de energia eletrônicos, 48V a conversão de grande eficacia do → 12V/5V é exigida. Tomando o mercado rodado dois do veículo elétrico como um exemplo, de acordo com dados desde 2020, a produção total de dois veículos rodados elétricos em China era 48,34 milhão unidades, um aumento ano após ano de 27,2%, e a taxa de penetração de baterias de lítio excedeu 16%. Enfrentado com tal mercado, os dispositivos 100V atuais altos de alta tensão tais como o óxido do gálio, GaN, e o silicone basearam dispositivos de SG-MOS estão visando esta aplicação e estão fazendo esforços.
No campo industrial, tem diversas oportunidades e vantagens principais, incluindo a substituição unipolar do uso eficaz da energia bipolar, mais alto, a facilidade da produção em massa, e as exigências da confiança. Estas características fazem o óxido do gálio potencialmente jogar um papel importante nas aplicações futuras do poder. A longo prazo, os dispositivos de poder do óxido do gálio são esperados jogar um papel no mercado 650V/1200V/1700V/3300V, e esperados penetrar inteiramente os campos do equipamento automotivo e elétrico desde 2025 até 2030. No curto prazo, os dispositivos de poder do óxido do gálio aparecerão primeiramente nos campos tais como produtos eletrónicos de consumo, aparelhos eletrodomésticos, e fontes de alimentação industriais altamente confiáveis e de capacidade elevada. Estas características podem conduzir à competição entre materiais tais como o silicone (si), carboneto de silicone (sic), e nitreto do gálio (GaN).
O autor acredita que o foco da competição para o óxido do gálio nos próximos anos estará no uso convencional dos dispositivos 650V na plataforma 400V. A competição neste campo envolverá fatores múltiplos tais como a frequência, a perda de energia, o custo da microplaqueta, o custo de sistema, e a confiança de comutação. Contudo, com o avanço da tecnologia, a plataforma pode ser promovida a 800V, que exigirá o uso dos dispositivos 1200V ou 1700V, que é já uma área da vantagem para sic e Ga2O3. Nesta competição, as partidas têm a oportunidade de estabelecer a conscientização da encenação, o sistema regulamentar do veículo, e a mentalidade do cliente com uma comunicação detalhada com os clientes, colocando um alicerce sólido para a aplicação dos inversores aos clientes automotivos da empresa.
Total, o óxido do gálio tem o grande potencial no campo de dispositivos de poder e pode competir com os materiais tais como sic e o GaN nos campos múltiplos para encontrar as necessidades de aplicações de capacidade elevada tais como a eficiência elevada, o consumo de baixa energia, a alta frequência, e a alta temperatura. Contudo, a penetração de materiais novos nas aplicações tais como inversores e carregadores toma o tempo e exige o desenvolvimento contínuo das especificações apropriadas para aplicações específicas, promovendo gradualmente as ao mercado.
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