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2023-08-16
Materias primas del semiconductor de la llave bajo controles de exportación
El 1 de agosto de 2023, el ministerio del comercio y la administración general de aduanas de China ejecutaron oficialmente los controles de exportación en las materias primas galio y germanio del semiconductor. Hay diversas opiniones en la industria con respecto a este movimiento, y mucha gente cree que está en respuesta al control actualizado del ASML holandés en la exportación de las máquinas de la litografía. Pero en agosto de 2022. Los Estados Unidos han incluido el óxido de gran pureza del galio del material del semiconductor en su lista de control de exportación prohibida a China. La oficina de la industria y de la seguridad (BIS) del Ministerio de los E.E.U.U. de Comercio también ha anunciado la inclusión de los materiales de cuarta generación del semiconductor tales como óxido y diamante del galio, que pueden soportar temperaturas altas y voltajes, así como software de ECAD diseñado específicamente para los microprocesadores en 3nm y abajo, en los nuevos controles de exportación.
En aquel momento, no había mucha gente que prestaba la atención a este control de exportación, y no era hasta un año más adelante que China incluyó el galio en la lista de control de exportación que la industria comenzó a prestar la atención al material importante de semiconductores de cuarta generación - óxido del galio. El galio y el germanio son materias primas dominantes en la industria del semiconductor, y sus usos cubren la fabricación de primero a los semiconductores de cuarta generación. Hoy, con la ley de Moore haciendo frente a un embotellamiento, los materiales del semiconductor con anchuras más grandes del bandgap, tales como diamante, óxido del galio, AlN, y los BN, tienen el potencial para convertirse en la fuerza impulsora para la siguiente generación de tecnología de la información debido a sus propiedades físicas excelentes.
Para China, es un período crítico para el desarrollo de semiconductores, y las diversas sanciones de los Estados Unidos han hecho la investigación de los materiales revolucionarios dominantes tales como óxido del galio un obstáculo dominante de la brecha. A pesar de los desafíos numerosos, si podemos tener éxito en esta revolución tecnológica de semiconductor, China tendrá el potencial para saltar de una central eléctrica de fabricación a una central eléctrica de fabricación, alcanzando una transformación verdaderamente sin precedente en un siglo. Esto es no sólo una prueba importante de la fuerza tecnológica de China, pero también una oportunidad importante de mostrar la capacidad de China de hacer frente a desafíos tecnológicos globales.
Ventajas más allá del carburo de silicio y del óxido del galio
El óxido del galio, un material de cuarta generación del semiconductor, tiene ventajas tales como anchura grande del bandgap (eV 4,8), alta fuerza de campo crítica de la avería (los 8MV/cm), y buenas características de la conducción. El óxido del galio tiene cinco confirmó las formas cristalinas, entre las cuales el más estable es el β- Ga2O3. Su anchura del bandgap es el eV 4.8-4.9, y la fuerza de campo de la avería es tan alta como 8 MV/cm. Su resistencia de la conducción es mucho más baja que la de sic y GaN, grandemente reduciendo la pérdida de la conducción del dispositivo. Su parámetro característico, premio de Baliga (BFOM), es tan alto como 3400, aproximadamente 10 veces que de sic y 4 veces que de GaN.
Comparado al carburo de silicio y al nitruro del galio, el proceso del crecimiento del óxido del galio se puede alcanzar usando el método líquido del derretimiento en la presión atmosférica, que los resultados en la producción de alta calidad, alta, y el bajo costo. Debido a sus propias características, carburo de silicio y nitruro del galio puede ser producido solamente por el método en fase gaseosa, que requiere mantener un ambiente de producción de alta temperatura y la consumo de una gran cantidad de energía. Esto significa que el óxido del galio tendrá una ventaja costada en la producción y la fabricación, y es conveniente para que los fabricantes nacionales aumenten rápidamente capacidad de producción.
En comparación con el carburo de silicio, el óxido del galio supera el carburo de silicio en casi toda la parametrización para la optimización del tratamiento. Especialmente con su anchura grande del bandgap y alta fuerza de campo de la avería, tiene ventajas significativas en usos de alta potencia y de alta frecuencia
Usos y potencial de mercado específicos del óxido del galio
Las perspectivas del desarrollo del óxido del galio son cada vez más prominentes, y el mercado es monopolizado actualmente principalmente por dos gigantes en Japón, Novell Crystal Technology (NCT) y Flosfia. NCT ha estado invirtiendo en la investigación y desarrollo del óxido del galio desde 2012, con éxito rompiéndose con las tecnologías claves múltiples, incluyendo tecnología cristalina y epitaxial de 2 pulgadas del óxido del galio, así como la producción en masa de los materiales del óxido del galio. Su eficacia y alto rendimiento se han reconocido extensamente en la industria. Produjo en masa con éxito las obleas del óxido del galio de 4 pulgadas en 2021 y ha comenzado a suministrar las obleas del cliente, manteniendo de nuevo Japón a continuación la competencia de tercera generación del semiconductor compuesto.
Según la predicción de NCT, el mercado para las obleas del óxido del galio crecerá rápidamente en la década próxima y ampliará a aproximadamente RMB 3,02 mil millones en 2030. FLOSFIA predice que en 2025, el tamaño de mercado de los dispositivos de poder del óxido del galio comenzará a superar el del nitruro del galio, alcanzando 1,542 mil millones dólares americanos (aproximadamente 10 mil millones RMB) en 2030, explicando el 40% de carburo de silicio y de 1,56 veces que del nitruro del galio. Según la predicción de la economía de Fuji, el tamaño de mercado de los componentes del poder del óxido del galio alcanzará 154,2 mil millones yenes (aproximadamente 9,276 mil millones yuan) en 2030, superando el tamaño de mercado de los componentes del poder del nitruro del galio. Esta tendencia refleja el potencial del importancia y futuro del óxido del galio en dispositivos electrónicos del poder.
El óxido del galio tiene ventajas significativas en ciertos campos específicos del uso. En el campo de la electrónica de poder, los dispositivos de poder del óxido del galio coinciden parcialmente con el nitruro del galio y el carburo de silicio. En el campo militar, se utilizan principalmente en sistemas de control de poder tales como armas electromágneticos de alta potencia, los tanques, los aviones de combate, y las naves, así como las fuentes de alimentación aeroespacial resistentes resistentes a las radiaciones y das alta temperatura. El sector civil se aplica principalmente en campos tales como redes eléctricas, tracción eléctrica, photovoltaics, vehículos eléctricos, aparatos electrodomésticos, equipamiento médico, y productos electrónicos de consumo.
El nuevo mercado del vehículo de la energía también proporciona un escenario enorme del uso para el óxido del galio. Sin embargo, en China, los dispositivos de poder en el nivel del vehículo han sido siempre débiles, y no hay actualmente sic MOS IDM en el nivel del vehículo. Aunque varias compañías Fabless que el contrato con XFab puede rápidamente tener completo las especificaciones del SBD y del MOS al mercado, y las ventas y el progreso del financiamiento sea relativamente lisos, en el futuro, ellas todavía necesiten construir su propio FABULOSO para dominar capacidad de producción y para desarrollar procesos únicos, para generar ventajas competitivas distinguidas.
Las estaciones de carga son sensibles muy costado, que proporciona una oportunidad para el óxido del galio. Si
Si el óxido del galio puede cumplir o aún exceder requisitos de funcionamiento mientras que gana el reconocimiento del mercado con ventajas del coste, hay una gran posibilidad de su uso en este campo.
En el mercado del radioinstrumento, la capacidad de mercado del óxido del galio puede referir al mercado de los dispositivos epitaxiales del nitruro del galio del carburo de silicio. La base de los nuevos vehículos de la energía es el inversor, que tiene requisitos muy altos para las especificaciones de dispositivo. Actualmente, las compañías tales como semiconductor de Italia, Hitachi, Ansemy, y Rohm pueden producir en masa y suministrar los MOSFETs automotrices del grado sic. Se espera que en 2026, este número aumente a $2,222 mil millones (aproximadamente 15 mil millones RMB), indicando que el óxido del galio tiene perspectivas del uso y potencial de mercado amplios en el mercado del radioinstrumento.
Otro uso importante en el campo de la electrónica de poder es las baterías 48V. Con el uso extenso de las baterías de litio, un sistema más alto del voltaje se puede utilizar para substituir el sistema del voltaje 12V de baterías de ventaja, alcanzando las metas de la eficacia alta, la perdida de peso, y el ahorro de energía. Estos sistemas de batería de litio utilizarán extensamente el voltaje 48V, y para los sistemas eléctricos electrónicos, 48V se requiere la conversión de gran eficacia del → 12V/5V. Tomando el mercado rodado dos del vehículo eléctrico como un ejemplo, según datos a partir de 2020, la producción total de dos vehículos rodados eléctricos en China era 48,34 millones de unidades, un aumento interanual de 27,2%, y el índice de penetración de baterías de litio excedió del 16%. Hecho frente con tal mercado, los dispositivos de gran intensidad de alto voltaje 100V tales como óxido del galio, GaN, y el silicio basaron los dispositivos de SG-MOS están apuntando este uso y están haciendo esfuerzos.
En el campo industrial, tiene varias oportunidades y ventajas importantes, incluyendo el reemplazo unipolar del rendimiento energético bipolar, más alto, la facilidad de la producción en masa, y requisitos de la confiabilidad. Estas características hacen que el óxido del galio potencialmente desempeña un papel importante en los usos futuros del poder. A largo plazo, se espera que desempeñen un papel en el mercado 650V/1200V/1700V/3300V, y se espera que los dispositivos de poder del óxido del galio penetren completamente los campos del equipo automotriz y eléctrico a partir de 2025 a 2030. A corto plazo, los dispositivos de poder del óxido del galio primero aparecerán en campos tales como productos electrónicos de consumo, aparatos electrodomésticos, y fuentes de alimentación industriales altamente confiables y de alto rendimiento. Estas características pueden llevar a la competencia entre los materiales tales como silicio (Si), el carburo de silicio (sic), y el nitruro del galio (GaN).
El autor cree que el foco de la competencia para el óxido del galio en los próximos años estará en el uso convencional de los dispositivos 650V en la plataforma 400V. La competencia en este campo implicará factores múltiples tales como frecuencia, pérdida de energía, coste del microprocesador, coste de sistema, y confiabilidad que cambian. Sin embargo, con el adelanto de la tecnología, la plataforma se puede actualizar a 800V, que requerirá el uso de los dispositivos 1200V o 1700V, que es ya un área de la ventaja para sic y Ga2O3. En esta competencia, los inicios tienen la oportunidad de establecer conciencia del escenario, el sistema de regla del vehículo, y la mentalidad del cliente con la comunicación profundizada con los clientes, poniendo una fundación sólida para el uso de inversores a los clientes automotrices de la empresa.
Total, el óxido del galio tiene gran potencial en el campo de los dispositivos de poder y puede competir con los materiales tales como sic y GaN en los campos múltiples para cubrir las necesidades de usos de alto rendimiento tales como eficacia alta, consumo de energía baja, de alta frecuencia, y temperatura alta. Sin embargo, la penetración de nuevos materiales en usos tales como inversores y cargadores toma tiempo y requiere el desarrollo continuo de las especificaciones convenientes para los usos específicos, promoviéndolos gradualmente al mercado.
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