“芯片之母”遭殃！美國對中國封殺EDA：沒這么簡單

當(dāng)?shù)貢r間8月12日，美國商務(wù)部工業(yè)和安全局（BIS）在《聯(lián)邦公報》中披露了一項新增的出口限制臨時最終規(guī)則，涉及先進(jìn)半導(dǎo)體、渦輪發(fā)動機(jī)等領(lǐng)域。

該禁令對具有GAAFET（環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管）結(jié)構(gòu)的集成電路所必需的EDA/ECAD軟件、以金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體材料、包括壓力增益燃燒（PGC）在內(nèi)的四項技術(shù)實施了新的出口管制。

GAAFET相關(guān)EDA軟件

EDA/ECAD指的是用于設(shè)計、分析、優(yōu)化和驗證集成電路或印刷電路板性能的電子計算機(jī)輔助軟件。早在8月3日，芯智訊就報道了“美國將對華斷供GAAFET技術(shù)相關(guān)的EDA工具”的消息。此次禁令公布也進(jìn)一步印證了該消息。

作為FinFET的繼承者，GAAFET被認(rèn)為是批量生產(chǎn)3nm及以下半導(dǎo)體制程工藝的關(guān)鍵技術(shù)。

今年6月底，三星已宣布率先量產(chǎn)基于GAAFET技術(shù)的3nm工藝。而臺積電目前正在量產(chǎn)的3nm仍然是基于FinFET技術(shù)，預(yù)計將會在2nm導(dǎo)入GAAFET技術(shù)。

也就是說，美國此次的禁令將限制可以被用于3nm及以下先進(jìn)半導(dǎo)體制程工藝芯片設(shè)計的EDA軟件的對華出口。此舉將限制中國芯片設(shè)計廠商向3nm及以下先進(jìn)制程的突破。

BIS目前還正在征求公眾意見，以確定ECAD的哪些特定功能在設(shè)計砷化鎵場效應(yīng)晶體管電路時特別有用，以確保美國政府能夠有效執(zhí)行該法規(guī)。

相關(guān)文章《傳美國將對華斷供GAA技術(shù)相關(guān)的EDA工具》

氧化鎵和金剛石

至于寬帶隙半導(dǎo)體材料氧化鎵（Ga2O3）和金剛石（包括碳化硅SiC）：氮化鎵和碳化硅是生產(chǎn)復(fù)雜微波、毫米波器件或高功率半導(dǎo)體器件的主要材料，有可能制造出更復(fù)雜的器件，能夠承受更高的電壓或溫度。

目前，以碳化硅和氮化鎵為代表的化合物半導(dǎo)體受到的關(guān)注度非常高高，它們在未來的大功率、高溫、高壓應(yīng)用場合將發(fā)揮傳統(tǒng)的硅器件無法實現(xiàn)的作用。

特別是在未來三大新興應(yīng)用領(lǐng)域(汽車、5G和物聯(lián)網(wǎng))之一的汽車方面，會有非常廣闊的發(fā)展前景。但是，氧化鎵憑借其比碳化硅和氮化鎵擁有更寬的禁帶，使得該種化合物半導(dǎo)體在更高功率的應(yīng)用方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。

氧化鎵是一種寬禁帶半導(dǎo)體，禁帶寬度Eg=4.9eV，遠(yuǎn)超碳化硅(約3.4eV)、氮化鎵(約3.3eV)和硅(1.1eV)，其導(dǎo)電性能和發(fā)光特性良好，因此，其在光電子器件方面及大功率場景有廣闊的應(yīng)用前景。

雖然氧化鎵遷移率和導(dǎo)熱率低，特別是導(dǎo)熱性能是其主要短板，不過相對來說，這些缺點(diǎn)對功率器件的特性不會有太大的影響，這是因為功率器件的性能主要取決于擊穿電場強(qiáng)度。

△Ga2O3的結(jié)晶形態(tài)確認(rèn)有α、β、γ、δ、ε五種，其中，β結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，當(dāng)時，與Ga2O3的結(jié)晶生長及物性相關(guān)的研究報告大部分都使用β結(jié)構(gòu)。β-Ga2O3的擊穿電場強(qiáng)度約為8MV/cm，是Si的20多倍，相當(dāng)于SiC及GaN的2倍以上。

相對于硅材料、氮化鎵、碳化硅等，金剛石半導(dǎo)體材料的禁帶寬度更是高達(dá)5.45 eV，最大優(yōu)勢在于更高的載流子遷移率(空穴:3800 cm2V-1s-1，電子:4500 cm 2V-1s-1) 、更高的擊穿電場(＞10 MVcm-1 )、更大的熱導(dǎo)率( 22 WK-1cm-1)。

其本征材料優(yōu)勢是具有自然界最高的熱導(dǎo)率以及最高的體材料遷移率，可以滿足未來大功率、強(qiáng)電場和抗輻射等方面的需求，是制作功率半導(dǎo)體器件的理想材料，在智能電網(wǎng)、軌道交通等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

不過據(jù)北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院教授李成明介紹，金剛石目前實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用尚有較大距離。金剛石材料的高成本和小尺寸是制約金剛石功率電子學(xué)發(fā)展的主要障礙。

舉例而言，CVD 制備中摻氮的金剛石單晶薄片( 6 mm x 7 mm) 的位錯密度目前可低至400 cm-2 ; 但金剛石異質(zhì)外延技術(shù)的晶圓達(dá)4～8 英寸時，位錯密度仍高達(dá)近107 cm-2量級，高缺陷密度仍是一個挑戰(zhàn)。

壓力增益燃燒

壓力增益燃燒（PGC）這項技術(shù)有可能將燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的效率提高10%以上，可能會影響航空航天、火箭和高超音速導(dǎo)彈系統(tǒng)。

PGC技術(shù)利用各種物理現(xiàn)象，包括共振脈沖燃燒、定容燃燒和爆震，從而在燃燒室中產(chǎn)生有效壓力，同時消耗相同的燃燒量。

BIS目前無法確認(rèn)生產(chǎn)中的任何發(fā)動機(jī)是否使用該技術(shù)，但已經(jīng)有大量研究指向潛在的生產(chǎn)。