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    “铸锭单晶是太阳能硅材料重要的发展方向,希望铸锭单晶技术在今后1-2年重新开始大规模应用,”在近日举办的相关活动上,中国科学院院士、硅材料国家重点实验室主任杨德仁在报告中详细阐述了铸锭单晶的前世今生。会上,来自协鑫的长晶技术总监胡动力博士也在工业化应用的层面介绍了铸锭单晶技术的进展。他表示,在与直拉单晶实现同瓦输出的情况下,铸锭单晶硅片价格低0.3-0.4元/片,给客户更高的性价比。

    “第三条路线:铸锭单晶兼具低成本和高效率”

    在《铸造单晶硅材料的生长和缺陷控制》报告中,杨德仁院士表示,十余年来,多晶、单晶市场份额变化的钟摆效应,是市场政策、技术发展共同作用的结果,两种技术路线将会共存,谁也不会简单消灭谁。而第三种技术路线——铸锭单晶,利用籽晶通过铸锭的方法生长出单晶硅,把两种技术的优点结合起来,既有低成本,低能耗,也有高质量、高效率。

    “所以铸锭单晶技术在过去十年以及最近得到了非常大的关注”,杨德仁院士表示,从1977年第一次在国外杂志上发表,到2006年转换效率做到18%,再到2010年铸锭单晶技术实际上已经工业化应用,市场份额占到15%-20%。杨德仁强调,铸锭单晶的优势在于电阻率更加均匀,比多晶增加1%以上的转换效率,同时又保持了多晶的低光衰优势,光衰仅仅是直拉单晶的20%-30%。

    杨德仁院士同时指出,铸锭单晶在过去一段时间面临位错密度、单晶率、材料利用率和籽晶成本等问题挑战,其中位错是关键因素。“我们的研究团队提出增加晶界的改进方法,‘以毒攻毒’,可以有效的降低位错。我们希望这样的技术在今后1-2年重新开始大规模应用”,杨德仁院士说。

    “铸锭单晶将赠送‘阳台’和‘飘窗’实现同瓦输出”

    铸锭单晶在2010年左右规模量产,协鑫、LDK,昱辉都有大量出货。近几年来,铸锭单晶技术未能大规模应用,除了高效多晶等新技术的快速发展占领市场外,成本问题也一直是主要的突破方向。

    “目前保利协鑫铸锭单晶已经发展到第三代产品,通过籽晶多次回用,籽晶成本下降60%”,在“晶硅材料技术与装备”分会场,保利协鑫胡动力博士说,“此外,依靠G8大尺寸硅锭,薄硅片等方法,成本已经进一步下降。

    除了成本优势,胡动力博士认为,保利协鑫铸锭单晶硅片技术优势也比较显著。相比于直拉单晶15ppma,铸锭单晶研发氧含量最低到2ppma,确保更低的光衰;硅片电阻率分布更窄,效率进一步提升,与直拉单晶相差0.2%以内。

    “铸锭单晶将赠送‘阳台’和‘飘窗’”,胡动力博士形象比喻道,“转换效率差距可以用157.75mm的大尺寸硅片弥补。由于不存在缺角,铸锭单晶硅片面积100%可利用,比直拉单晶面积大2%,与同尺寸直拉单晶硅片实现同瓦输出。同时,每片价格低0.3-0.4元,经测算,选择铸锭单晶较直拉单晶收益高0.06元/W。高效铸锭单晶组件(60片)可以封装到310瓦。”

    胡动力博士指出,大尺寸化和定制化是未来技术趋势,铸锭单晶能低成本实现166mm和长方形硅片的定制化生产,未来更具优势。对于三类片的处理方法,胡动力博士表示,利用湿法黑硅技术,三类片黑硅制绒效率较产线多晶黑硅片高0.21%,与多晶黑硅外观几乎一致,而且颜色更加均一。

    目前,保利协鑫铸锭热场工艺、高纯坩埚、锭检设备已经全面升级,继金刚线切黑硅片之后,铸锭单晶硅片将成为对市场有重大影响的差异化产品。

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    日本,美国和土耳其的研究人员利用在200mm硅基板上生长的材料开发了高亮度紫外(UV)氮化铝镓(AlGaN)发光二极管(LED)技术[Yoann Robin等,Materials Science in Semiconductor Processing ,vol90,p87,2019]。 来自日本名古屋大学,美国弗吉尼亚联邦大学,土耳其Cumhuriyet大学和美国西北大学的团队使用横向外延过度生长方法来改善材料质量。 研究人员报告说:“AlN质量和结构设计的改进使光输出功率在脉冲电流下达到毫瓦范围,超过了之前报道的最高效率。”

    将LED芯片翻转并安装在具有金 - 锡共晶键合的预先图案化的AlN底座上。 使用氢氟酸/硝酸/乙酸混合物除去硅衬底。 在湿蚀刻期间,用蜡保护器件的侧面。 与蓝宝石不同,基板去除至关重要,因为硅吸收紫外线辐射。 然后将这些器件用铟粘合到铜散热器上,最后进行引线键合以进行电连接。 基于蓝宝石的比较LED是类似地制造的,但没有基板去除。

    来源机构: 今日半导体 | 点击量:284
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    2017年第三季度,位于德国的沉积设备制造商Aixtron SE报告收入为6340万欧元,比上一季度的5520万欧元增长了15%,比去年同期的6220万欧元增长了2%。2018年前9个月的收入为1.809亿欧元,比1.763亿欧元增长3%。

    总裁Felix Grawert博士指出,与前几个季度一样,2018年前九个月的收入和订单收入主要是由金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统持续的需求来推动。MOCVD系统可用于生产红橙黄ROY LED,也可用于显示器、激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)和边缘发射激光器(EEL),以及用于3D感测和光学数据传输。在这些年,对电力电子应用的MOCVD系统的需求也在增加,这使我们可以有更多的产能扩展订单。”

    Schulte评论道:“我们对订购的红色、橙色和黄色LED,激光器和电力电子产品的感到非常满意。”

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    总部设在新加坡的研究人员使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)直接在200mm直径的硅晶片上生长III-V异质结双极晶体管(HBT)。

    来自南洋理工大学和新加坡麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)的团队希望该技术可以使用最有效的(001)晶体取向与主流硅互补金属氧化物半导体(CMOS)电子器件集成。

    研究人员首先在200mm(001)p型硅衬底上生长锗缓冲层。在[110]方向上将基板切割6°,HBT结构也通过MOCVD生长,产生铟镓砷磷化物(InGaAsP)合金。

    研究人员预测在于手机功率放大器的应用中,III-V异质结双极晶体管比纯硅器具有更高的高频性能。在更高的电压击穿和低噪声操作方面,带隙调谐可以进一步展现优点。

    来源机构: 今日半导体 | 点击量:258
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    美国的Littelfuse公司已完成对初创的Monolith Semiconductor公司的收购,并且Monolith拥有碳化硅(SiC)功率器件技术。Littelfuse于2015年开始与Monolith合作,并在过去三年取得一系列在技术和商业产品合作方面的成绩,随后Littelfuse逐步增加其所有权。

    Littelfuse半导体产品高级副总裁兼总经理兼首席技术官Ian Highley说:“完成对Monolith Semiconductor的收购是我们战略的重要组成部分,增加碳化硅技术使我们能够更好的发展我们的产品组合,我们已经发现了一个对商业发布产品有意义的设计,并且在工业和汽车应用方面非常感兴趣。”

    Littelfuse于2017年5月首次推出商用碳化硅肖特基二极管,随后于10月推出首款商用碳化硅MOSFET。迄今为止,该公司已经发布并大量生了产20多种碳化硅产品,未来几个月计划再增加30多种。

    来源机构: 今日半导体 | 点击量:216
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    美国的Qorvo公司已被美国空军研究实验室(AFRL)授予为期四年的合同,以开发统一的氮化镓(GaN)建模框架,加速GaN器件的设计。

    Qorvo将领导一个团队,其中包括Modelithics公司、帕多瓦大学、NI AWR、HRL和科罗拉多大学博尔德分校,共同进行研究,创建一个统一物理建模和制造建模的工具,以提升GaN技术。

    Qorvo表示,GaN具有强大的功率密度并且可提供很高输的出功率和效率。包括毫米波频率,这使其成为雷达、电子战(EW)以及国防和商业应用通信系统首选的半导体技术。

    Qorvo基础设施和国防产品业务总裁James Klein说:“该合同使空军能够利用Qorvo近20年的专业知识,开发业界最可靠,性能最高的GaN工艺,新的建模和仿真工具将加速GaN设计,也可以降低成本。”

    来源机构: 今日半导体 | 点击量:210
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    2018年10月30日,对国内半导体行业来说,应该是被记入历史的日子。美国人开始对中国半导体企业下手了。美国政府于当天宣布,将福建晋华集成电路有限公司(简称:晋华)列入美国产品禁止出口的“实体名单”。美国政府给出的理由是,晋华将要生产的记忆体芯片将威胁到美国军用系统芯片供应商的生存能力。

    美国给的理由,表面上是令人费解的。晋华何许人也?是一家成立于2016年,处于设备安装阶段还未投产的新企业,毫无疑问,美国如果真正实施禁令,该公司将无法完成生产线,几百亿的投资将打水漂。晋华产品是DRAM内存(上述的记忆体芯片),采用从台湾联电引进的28nm技术,与行业领跑者的韩国三星电子、美国美光科技公司最新技术的1×nm也相差近两代。由此来看,美国人提到的“威胁”仅是说辞而已,回想2018年初的“晋华vs美光科技”的知识产权诉讼纠纷,想必美光科技对美国政府的政治游说起到了很大作用。10月31日,晋华技术来源的台湾联电也宣布暂停对晋华的技术协助。晋华项目及中国半导体行业何去何从,众人关切!

    当前的中美贸易战,美国的最终目的之一是压制包括半导体在内的中国高端制造的发展,确保自己的全球优势地位。意外的是,战火如此迅速烧到了半导体行业。如果说中兴事件是美国给中国半导体提了一个醒,这次的晋华事件是给国内半导体企业的一个正式警告。处于刚要发力阶段的中国半导体国产化一旦威胁到美国企业的市场空间,美国势必会强化施压力度。

    中国半导体行业该如何应对这场博弈? 长期战略如何设计?

    本文通过整理当年的“美日半导体贸易战”的经过,希望给国内半导体同仁带来一些有价值的参考信息。

    1. 导 读

    20世纪80年代后期,日本半导体制造商称霸全球。1988年占据全球制造商Top10半壁的 NEC、东芝、日立、富士通、三菱等公司,如今或灰飞烟灭、或改姓出嫁。扛着日本半导体大旗的东芝Memory公司,不经意间其会长(董事长)变成了美国人。

    日本半导体制造在20世纪90年代的没落,其原因有:日本泡沫经济的破裂、日本终端电子产品竞争力下降、日本半导体企业间的内耗(高峰时达30多家半导体企业)、电脑网络革命带来的半导体行业洗牌等。其中,从80年代初期开战并持续十三年的“美日半导体贸易战”也影响巨大???

    2. 前 奏

    “针对特定行业,为了达到抢占全球市场为目的,某国政府长年实施了包括顶层设计/资金支援/市场调控在内的政策”。

    看官,你猜,这个“某国”是哪国?

    这是1983年美国跨国半导体公司发表的文章,这里的“某国”别无旁他,是日本。原文并没有卖关子,实名指向日本。这边文章发表的稍早前,美国半导体协会也发表类似文章,批判日本半导体企业严重损害美国企业利益,而且矛头直指日本政府实施的产业导向政策。

    同年,爆发“美日半导体摩擦”。

    1983年,美日两国政府间组建有关半导体贸易的协商工作组,开始对话。然而,那句话叫什么来着? “该是你的,躲也躲不掉”。84年洛杉矶奥运会拉动了电视机/录像机的巨大消费,再加上电脑风暴,带来了巨大的半导体需求,再次让日本半导体企业赚的盆满钵满。85年受到奥运会特需的反弹,市场急速降温,这让本就处于被动的美国半导体企业日子更艰难,裁员、收缩生产、整编,一片江河日下的破落景象。

    美国人快要气炸了!

    3. 开 战

    1985年,微软针对日本7家半导体厂家的DRAM开始反倾销诉讼,AMD与NS公司(美国国家半导体,后被TI收购)也跟进群殴。事情越闹越大,时任总统的里根也亲自给商业部下达命令,调查日本的倾销问题。经过几个月折腾,在1986年9月日本通产省(商务部)被迫与美国商业部签定了“日美第一次半导体协议”。 主要内容是,限制日本半导体对美出口、扩大美国半导体在日本市场份额。

    然而,不知日本小兄弟是有意还是无意,总之美国大哥远没有满意。美国于1987年进一步发表针对日本在第三国倾销的报复措施。里根总统再次亲自出马,以日本未能遵守协议为由发表对日本产电脑/电视等征收100%的报复性关税。另外,美国政府阻止富士通对Fairchild公司的收购、等,美国人的报复措施遍地开花。

    美日关系在此时进入二战后最坏时期。

    顺便提一句,1987年美国诞生IC设计企业,以台积电为代表的代工厂也陆续创立。

    4. 抗 衡

    日本半导体厂家在这种巨大压力下,耐心搞研发,以技术抗衡。其后,1MB的DRAM市场份额最高时拿到全球90%,作为当时最高端的4MB的DRAM也席卷世界。最终,日本半导体企业在1989年获得全球一半以上市场份额,称霸一时。

    盛极必衰。日本企业凋落的钟声也同时敲响。

    美国企业以专利为武器增加对日本企业的攻击。代表案例有,1989年TI公司在日本时隔30年取得基尔比专利,这迫使日本半导体企业随后支付了数十亿美金的专利费。

    1991年6月,“日美第一次半导体协议”到期。美国继续强迫日本签订“日美第二次半导体协议”。新协议主要内容为,撤销上述的100%报复关税,增加“1992年底以前外国半导体产品在日本市场占有的份额能超过20%”等内容。

    5. 尾 声

    1992年以后,以英特尔为代表的美国企业获得转机,依靠网络的兴起重新回归世界盟主。同时期,疯狂学习日本DRAM技术的韩国三星地位渐渐突显。 随后,微软于1993年发表Windows系列产品,以此为基础,美国企业重新夺回半导体霸权。在音响家电半导体中独占鳌头的日本企业,渐渐衰弱。

    “日美第二次半导体协议”到期的1996年,在美国企业再次崛起的背景下,美国政府没有提出续签要求。美日半导体摩擦自1983年开始,历经13年后走进历史。

    6. 现 状

    1).日本

    日本半导体企业的霸主地位虽已成过往烟云,但至今仍是全球主要制造基地之一。索尼的图像传感器 、 瑞萨电子(Renesas Electronics、NEC/三菱/日立的半导体业务合并公司)的微控制器、包括功率半导体等领域,处于领头羊地位。更需要强调的是,日本的半导体设备与原料技术独树一帜。特别是材料,硅片、光罩、光阻、CMP材料…… 全球哪家半导体厂家敢说不用日本的材料呢?

    日本人认真研发的态度,成就了其在半导体行业依旧不可动摇的地位。

    2).美国

    老美变得更加聪明了。 打压日本半导体时,日本已经实际威胁到了美国企业的地位。这次针对中国,是发生在中国半导体企业处在襁褓之时。

    美日贸易战大体分三段,第一段是60年代开战的以纤维、纺织品为代表的轻工业,第二段是70年代开战的以钢铁为代表的重工业与家电,第三段是80年代开战的汽车、半导体等技术行业。因为中国发展太迅速,针对中国,把对日本的第一段和第二段一窝蜂全上,现在看来第三段也要开始了。美国对威胁到自己利益的国家实施打压策略是不会有变化的。唯一不同的是,日本是美国的小弟,不敢与老大哥真正撕破脸皮。

    无论是意识形态还是自身利益,中国不可能也不会和日本一样。

    3). 中国

    纵观电子行业发展史,本国终端产品的强大会带动半导体产业的发展。电脑成就英特尔,音响家电成就NEC等日本企业,微软成就英特尔第二春,苹果带出高通,三星手机带出三星电子。我国的华为也培养了势头强劲的海思半导体。

    中国在人工智能、自动驾驶等行业的研究深度已凸现优势,这极有可能会带出我国的相关半导体龙头企业。

    机会就在眼前!

    能否把握住机会,一是技术研发,二是资金投入。关键还是能否耐得住寂寞,潜心搞研发。OECD (经济合作与发展组织)在2017年发表的数据显示,2015年世界主要国家(地区)投入研发费用占GDP比率,前三位是韩国4.23% ,日本3.29%,台湾3.05%。美国2.79%排第五,中国2.07%排名第七。韩国/日本/台湾的研发费用中,以半导体为主的电子行业为主要投资产业,这造就了其半导体产业的强大。也可以反过来说,半导体的强大拉动了研发费用规模。其本质一样,需要烧钱。

    我国已经在资金层面开始发力。潜心研发技术是取胜的根本之道。

    还有一个大问题是人才的缺乏,主要是研发和一线工程师。即使企业重金聘请到一两个顶级技术专家,但如果没有大量优秀工程师的支持,产品良率就不可能上来。良率控制是半导体企业的生命线,低良率导致公司亏损,无法进行新技术投资,进入恶性循环从而很快被淘汰。半导体行业的技术更新速度,大家是清楚的,然而培养一个工程师,却需要5年~10年。

    新建的半导体企业已经开始大量互挖工程师,这对我国半导体发展整体来讲,是不好的现象。把有限的人才集中到几家重点培养企业,再依靠企业培育新人,形成阶梯性人才体系是必要的。否则,欲速则不达。

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    随着华为智能手机销量迈向2亿的目标,旗下的海思半导体也跟着快速成长,得益于此,海思在代工厂台积电中的地位也会升级,预计明年营收规模将超越联发科,成为台积电前三大客户。

    来自供应链人士@手机晶片达人的消息称,海思明年在台积电将会超越联发科,成为台积电前三大客户。芯谋研究的顾文军也附和称算上海思在其他晶圆厂的采购量,海思今年很有可能超越联发科成亚洲第一大设计公司。

    目前在台积电的客户中,苹果数年来一直排名第一。IC Inights公布的数据显示,苹果芯片业务营收规模在75亿美元左右,大约是台积电四分之一的营收规模。

    2018年全年的营收数据尚未公布,不过2017年海思半导体营收为387亿元,是国内第一大芯片设计公司,联发科去年营收2382.2亿新台币,折合535亿人民币,双方的差距还挺大,但是联发科这两年来面临增长困境,今年前三季度合计营收1771亿新台币,折合398亿元。

    海思半导体因为不是上市公司,无需对外公布数据,但是今年因为华为智能手机、机顶盒、安防等领域的芯片还在高速增长。华为又今年抢先推出了7nm工艺的麒麟980处理器,是目前仅有的两款7nm处理器。从2017年海思半导体增长27%来看,海丝半导体营收超越联发科是有可能的。

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  • 摘要:

    相较目前主流的硅晶圆(Si),第三代半导体材料SiC与GaN(氮化镓)具备耐高电压特色,并有耐高温与适合在高频环境下优势,其可使芯片面积大幅减少,并简化周边电路设计,达成减少模块、系统周边零组件及冷却系统体积目标,GaN应用范围包括射频、半导体照明、激光器等领域。

    现行GaN功率元件以GaN-on-SiC及GaN-on-Si两种晶圆进行制造,其中GaN-on-SiC强调适合应用在高温、高频的操作环境,因此在散热性能上具优势,其以5G基地台应用最多,预期SiC基板未来在5G商用带动下,具有庞大市场商机。

    5G高频特性,使GaN技术有伸展空间

    目前基地台用功率放大器(Power Amplifier,PA)主要为基于硅的横向扩散金属氧化物半导体(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)技术,不过LDMOS技术仅适用于低频段,在高频应用领域存在局限性。

    由于LDMOS功率放大器的频宽会随着频率增加而大幅减少,运用于3.5GHz频段的LDMOS制程已接近限制,性能开始出现下滑,在考虑5G商用频段朝更高频段发展下,过去LDMOS将逐渐难以符合性能要求,因此第三代半导体材料GaN技术崛起;由于GaN技术支援更高资料容量之多资料传输,同时搭配5G高速网络,不论在频宽、性能、容量、成本间可做出最佳成效。

    换言之,GaN优势在于更高功率密度及更高截止频率(Cutoff Frequency,输出讯号功率超出或低于传导频率时输出讯号功率的频率),尤其在5G多输入多输出(Massive MIMO)应用中,可实现高整合性解决方案,例如模块化射频前端元件,以毫米波(Millimeter Wave,mmWave)应用为例,GaN高功率密度特性可有效减少收发通道数及尺寸,实现高性能目标,然短期LDMOS会与GaN共存,主要原因在于低频应用仍会采用LDMOS,例如2GHz以下应用领域。

    5G基地台的功率放大器将以砷化镓与GaN制程为主

    从Qorvo产品应用来看,采用GaN技术将天线阵列功耗降低40%,透过整合式多通道模块、3~6GHz及28/39GHz频段在射频前端产品的布局,更加强调高性能、低功耗、高整合度、高易用性等目标达成。

    其中GaN可达LDMOS原始功率密度4倍,每单位面积功率提高4~6倍,即在相同发射功率规格下,GaN裸片尺寸为LDMOS裸片尺寸的1/6~1/4。由于GaN具有更高功率密度特性,能实现更小元件封装,满足Massive MIMO和主动天线单元(Active Antenna Unit,AAU)技术下射频前端高度整合需求。

    目前GaN运用以5G基础设施(如基地台)为主,手机较难采用GaN技术,主要挑战包括:(1)GaN成本高;(2)GaN供电电压高;较不符合手机需求,不过若未来透过改进GaN射频元件特性,仍有可能应用于手机,例如加入新的绝缘介质与沟道材料,使其适应低电压工作环境。无论如何,GaN已成为高频、大功耗应用技术首选,包括需高功率水平的传输讯号或长距离应用,例如基地台收发器、雷达、卫星通信等。

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  • 10   2018-11-09 三星展示首款5G通信芯片Exynos 5100 (编译服务:集成电路)     
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    11月5日,首个以进口为主题的国际博览会——中国国际进口博览会(以下简称“进博会”)在上海国家会展中心正式开幕,三星也在会上亮相,并展示了包括显示器和半导体在内的多款新品。

    三星首次在中国展出了今年8月底推出的全球明星产品,即采用8K人工智能增强技术、峰值亮度可达4000尼特的QLED 8K系列电视。这款产品具备Real 8K分辨率,拥有Q HDR 8K技术和8K量子处理器,内置AI芯片可对输出画面进行智能优化。

    三星首次在华展出了今年8月最新推出的世界首款5G通信芯片Exynos 调制解调器5100。该产品采用10nm LPP工艺打造,是业内首款完全兼容3GPP Release 15规范,也就是最新5G NR新空口协议的基带产品,支持设备使用单个芯片连接 2G、3G、4G 和 5G 网络。

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