美對華實(shí)施出口新禁令:涉及EDA、氧化鎵和金剛石材料等四項(xiàng)技術(shù)
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(xiàng)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(xiàng)技術(shù)實(shí)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(jì)、分析、優(yōu)化和驗(yàn)證集成電路或印刷電路板性能的電子計(jì)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(jì)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(jì)的EDA軟件的對華出口。此舉將限制中國芯片設(shè)計(jì)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(jì)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)。
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(shí)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?yàn)楣β势骷男阅苤饕Q于擊穿電場強(qiáng)度。
△Ga2O3的結(jié)晶形態(tài)主要有α、β、γ、δ、ε五種,其中,β結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定,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(shí)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×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(xiàng)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)。
來源:芯智訊
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