聊聊第三代半导体产业与集成电路大家庭
本文以虚幻的形式,请来第三代半导体材料这个三弟“说说”他的心里“话”。
我叫第三代半导体产业材料,用我可以制造高性能的电子器件和芯片,并广泛应用在许多重要领域,相关产业称之为第三代半导体材料产业,也可简称为第三代半导体产业,更甚者可简称为三代半。下文我自称为三弟,因为我们家族还有二个哥哥。
实话告诉您,第三代半导体这种叫法在国内外学术界少有采用,严谨一点叫做宽禁带半导体。国内投资界和金融市场的分析师喜欢叫第三代半导体,三弟的想法是,这样可能更容易使股民产生像3G、4G、5G通信一样更新换代的联想,让投资者对投资前途充满想象空间和赚钱希望,呵呵!忽悠,继续忽悠!
首先我对我们三兄弟做个介绍吧
我大哥大约出生和实用于20世纪50年代,他叫第一代半导体材料,主要是指锗和硅半导体材料,主要用于分立器件和芯片制造,在信息技术、航空航天、国防军工、硅光伏等领域应用极其广泛。当时,为了改善晶体管特性,提高其稳定性,半导体材料的制备技术得到了迅速发展。
50年代Ge在半导体中占主导地位,直到60年代后期,它逐渐被Si基器件所取代。Si材料自然界蕴藏量大,大尺寸晶圆制备技术、芯片制造工艺成熟。使Si基芯片产业沿着摩尔定律快速发展,产业规模巨大。
我二哥大约出生并实用于20世纪80年代,他叫第二代半导体材料,主要是指化合物半导体材料,如砷化镓、锑化铟。小众的材料还有三元化合物半导体材料,如GaASAl、DaAsP;固溶体半导体材料,如Ge-Si、GaAs-GaP等。在我被发现和利用之前,二哥也是因为相较于Si材料具有禁带宽度大、载流子浓度低、光电特性好、以及有耐热、抗辐射性能好等特性,主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,也是制作高性能微波、毫米波器件的优良材料,广泛应用在微波通信、光通信、卫星通信、光电器件、激光器和卫星导航等领域。但是GaAS、InSb材料资源稀缺,深能级缺陷、大尺寸晶圆制备难、价格贵,并且还有毒性,污染环境,这些缺点使二哥的应用受到一定局限。
三弟我大约出生并实用于本世纪初年,我是第三代半导体材料,主要是以碳化硅、氮化镓、氧化锌、氧化镓、氮化铝、金刚石为代表的具有宽禁带特性的半导体材料,因此也被成为宽禁带半导体材料。经历了二十年的培育期后,才广泛用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件,应用于半导体照明、5G通信、卫星通信、光通信、电力电子、航空航天等领域。三弟已被认为是当今电子产业发展的新动力。
大哥虽然出生早,几乎和国外洋娃娃同年代、同水平,新中国半导体产业布局和起步也很不错。但由于众所周知的十年动乱耽误,大哥和二哥后来都经历了开放以来最艰难的岁月——受国外高性能芯片的冲击。国内自己做芯片既辛苦,性能也不好,还死贵死贵。
有价廉物美的芯片可买,人们为什么不用呢?所以,最后造成大量材料、设备和芯片相关的研究所和工厂转行或者关闭,人才流失严重,国外对中国芯片业的冲击可想而知。现在中国芯片业遭受美国“卡脖子”,有些人发问“为什么以前第一代、第二代没有搞好”?国外冲击和“有用即安”的现实就是答案。中国用庞大的市场培养了国外芯片技术的进步和成长,自己则远远落后了。
但是塞翁失马,焉知非福,也有人认为:改革开放以来,中国大量采用国外芯片和先进技术,短时间内大幅提升了科技水平和综合国力,培育了广阔的信息消费市场,使移动互联网、电子商务、移动支付等走在世界前列。如果闭关自守,这个进程可能要晚很多年,而且不会领先于西方。
这样想来,三弟也觉得挺有道理,心情就释然了。这可稍稍安慰一下因大哥二哥落后于国外,三弟我忐忑不安的小心脏!
当年也有人预计二哥前途无量,大有取代大哥而独霸芯片界的潜能,但后来这种事情没有发生。后来,他的疆土到是有些被我慢慢蚕食。
三“代”不是三世同堂,我们是好兄弟一家人
我们三兄弟的名字很长,特别是有一代、二代、三代之称谓,所以,人们以为我们是三代世家,我是孙子辈,第一代是爷爷,呸呸呸!我才不想当孙子。其实,大家看看我后边的“话”,就会明白这里的“代”没有下一代替换上一代的意思,因为性能不同,大家可以差异化发展。我们是好兄弟一家亲,不像移动通信1G、2G、3G、4G、5G五代家族那样,代代竞争改朝换代,总是后浪把前浪拍死在沙滩上。我们三兄弟因性能和性格不同,在各自领域享受着自己海风徐徐吹、阳光暖暖照的那一片蓝海。