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【2023名师导学】陆海教授:第三代半导体材料与器件技术

11月22日下午,本学年《名师导学》课程系列讲座第七讲在匡院国生厅如期举行。本次讲座邀请到南京大学电子科学与工程学院教授、博士生导师、国家杰出青年科学基金获得者、长江学者特聘教授、国家重点研发计划首席科学家陆海老师主讲,题目为《第三代半导体材料与器件技术》。

陆海教授的讲座主要包括以下几个部分:疫情时期的缺芯潮、半导体产业概述、第三代半导体的基本特点、第三代半导体在光电、电力电子、5G等方面的应用。

首先陆海教授向我们介绍了疫情时期的缺芯潮。缺芯潮主要的商业逻辑为:20Q2-20Q3疫情冲击供需双跌,量价齐跌;20Q4严重缺货;21Q1-21Q4量价齐升,涨价为主涨量为辅,晶圆厂供给刚性;22Q1-22Q4量价齐升,涨量为主涨价为辅。疫情时期缺芯潮背后的关键因素有:集成电路产业链太长、太宽:受到严重干扰,疫情深刻改变信息社会发展,新兴产业与第三代半导体息息相关。

随后陆海教授为我们概述了半导体产业。IC产业链的四大块为:EDA\设计、材料装备、芯片制造。第一个电子计算机使用的是电子管,但是很难推广。1947年,三位美国科学家发明了晶体管,晶体管的发现是一个重要的里程碑。50年代末,提出了集成电路的概念,1968年,第一个大型的集成电路被发明,如今集成电路早已成为了中国第一大宗战略物资。芯片的制造主要包括几个部分:硅片、晶圆的制造,晶片测试。硅单晶制作晶圆有几个优点:晶体性能优越,电学和机械特性好,在地壳中含量丰富,具有性能卓越的SiO2绝缘钝化层。陆海教授还为我们介绍了宽禁带半导体材料:第一代半导体材料主要是Ge、Si,第二代半导体材料主要是GaAs基、InP基等化合物半导体,第三代半导体材料主要是以Ⅲ族氮化物和SiC为代表的宽禁带半导体。第三代半导体是发展可见到紫外光电子原件、微波功率器件和功率电子器件的优选材料,具有广阔的技术应用价值。此外,陆海教授还介绍了Ⅲ族氮化物半导体材料体系、碳化硅材料晶体结构与基本特征、中国第三代半导体项目分布情况等。

最后,陆海教授简单介绍了第三代半导体的应用。一是在光电方面的应用。为了节能环保、应对能源与环境面临的严峻挑战,照明工业迎来半导体时代,资源能耗更低,就业机会增多。二是电力方面的应用。中国作为世界上最大的发展中国家,向国际社会作出2030年前碳达峰、2060年前碳中和的庄严承诺,彰显了负责任大国的使命担当。当前,中国能源消费结构以高碳为主,我国经济发展的能源增长需求与减排降碳的巨大压力将长期并存。而电能有多种转换形式,我们如果能采用更高效的数据中心设备,将节省大量的能源成本。问题在于如果希望反向耐压大,耐压层就要厚,耐压层厚,正向导通电阻就大,而具有高击穿电场的宽禁带半导体就恰好能解决该问题。三是5G方面的应用。GaN射频器件技术助力5G移动通信发展,毫米波穿透力弱、衰减大,城市高楼林立的环境需要采用大量的小基站,GaN功效的功率和效率均占优。除此之外,第三代半导体在航空、航天、军工方面也有应用,半导体更高效,更轻,更小,更耐高温,更可靠。

在讲座结束之后,同学们纷纷向陆海教授提问。他们提出的问题涉及未来芯片的尺寸、宽禁带半导体材料InN、宽禁带半导体除了能耗低以外的优势、比较micro-LED与QLED等多个方面。陆海教授一一细心解答,同学们听后表示受益匪浅。这次讲座为我们介绍了第三代半导体的优势与应用,加深了同学们对半导体材料的理解,拓宽了同学们的视野。

                                                       文:马筱璐/审核:董昊

点击次数:19 更新时间:2023-12-25【打印此页】【关闭】