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两地凝芯聚力 研制第三代半导体
http://www.CRNTT.com   2022-10-17 21:33:00


  中评社北京10月17日电/据大公报报道,随着芯片器件尺寸越来越接近物理极限,不少研发机构都期望从三维集成电路入手,提高集成电路的效能,而耐高温、高压、低消耗的第三代半导体材料能更好地承载这种电路。

  有微电子业内专家对《大公报》表示,本港已逐渐投入研发第三代半导体,期待未来有机会做到产品正式投产前的小规模试验,再到内地量产,打开新局面。\大公报记者 锺怡

  发展芯片需要良好的生态环境,香港中文大学工程学院副院长黄锦辉表示,1999年时,从台积电离职的张汝京就希望在香港发展半导体行业。而过去特区政府虽已意识到创科的重要性,但还是存在一些保守思想,不愿加大力度投资,所以中芯企业便在上海发展起来了。“对于香港而言,我们已经错过了当时的机遇,接下来就要抓紧时间。”

  如果有良好的生态环境,芯片研发可以走多远?过去,半导体的发展一直以摩尔定律为推测规律,即一块芯片上可容纳的半导体电晶体数目,约每隔18个月便会增加一倍,因此效能也会提高一倍。由于芯片器件尺寸越来越接近物理极限,不少专家都在试图改善其结构设计,以尽可能地延续摩尔定律。

  配合新能源车及5G应用需求

  应用科技研究院行政总裁叶成辉认为,若要维持摩尔定律的效能,业内可以发展三维集成电路。“就是平面起高楼,当我们把电路堆砌得越高,甚至能把摩尔定律逼得更快。”这便显示出半导体材料整体性能的重要性,因为要保证整个电路顺畅流通。

  20世纪50年代以来,以硅、锗等元素半导体为主的第一代半导体初露头角,微电子领域迅速发展。随着光纤通信、互联网的兴起,以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体亦逐渐兴起。叶成辉说,这两代半导体各有千秋,在应用上各具优势,比如第二代半导体主要用于发光二极管(LED)照明、微波器件等。<nextpage>

  然而,在新能源汽车、5G通讯等高新技术应用需求的牵引下,以碳化硅为代表的第三代半导体研发被提上日程。叶成辉说,第三代半导体的能隙(energy gap)较第一代有三倍的进步空间,可以带来不少好处。首先,第三代的耐热程度能达到250度,较第一代的150度高;第三代变流技术的效率高达99%,亦较第一代的90%高。即当进行能源转化时,第三代只有1%的电力消耗。此外,第三代半导体还可以达到1万瓦以上的高压环境。

  叶成辉坦言:“在这几个特性下,第三代半导体的预期寿命也会是第一代的四倍。”以物联网为例,由于每一块微型芯片都需承载大量的信息流通工作,在运行时需要耐热性强、效率高、耗能低的第三代半导体材料,来保证整个电路顺畅流通。随着国家对香港创科行业的重视,近年业界有不少专家都在研究三维集成电路。

  叶成辉续说,团队早前研发出碳化硅功率器件,可取代传统的硅功率器件。凭着碳化硅本身的低开关损耗、低电阻和卓越的高温稳定性,碳化硅基系统可实现低功耗、高功率密度和提升工作温度极限,能应用于机械人、太阳能系统等,“我们已经制造出了一些样板,幷有两家公司都正在使用。”

  福田设研发总部 促进两地交流

  谈及今后的计划,叶成辉表示,期待可以把芯片做到中试阶段,再推向商品化。“中试是产品正式投产前的试验,大约为量产的10%。它能够证明芯片设计的效果如何,是确保产品量产成功的关键一环。”而在香港完成中试后,再去内地进行量产。

  叶成辉说,内地市场大,应科院将会在深圳福田设立一个微电子研发总部,以促进两地交流。“内地很多技术都比香港先进,尤其是深圳,我们亦希望能促成人才之间的合作。”

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