中國科學技術在5G領域中半導體材料的應用與發展

朱泓達

摘要：伴隨著科學的發展，科技的進步，半導體材料已經成為了電子領域中的中流砥柱，在未來的發展中，半導體將繼續不斷的更新換代。而通訊領域5G的出現，對于未來的移動基站信號來說有了更高的要求，要求移動基站的帶寬要盡量達到]GHz，而以往的傳統技術已經無法達到這一要求。第三代半導體材料的出現成功的解決了這一問題，是5G發展進程中的核心技術。本文主要針對于在我國科學技術領域中半導體材料的發展以及在5G領域中的發揮。

關鍵詞：5G領域;半導體材料;第三代更新

第三代半導體主要的構成材料是SiC、GaN，這兩種新型材料的出現成功將以往半導體所擁有的能力得到了進一步的提升，這其中包括：寬帶帶寬度、高臨界場強、高熱導率、高載流子炮、速率等等。除此之外，峰值電子速度也有了顯著的提升，因此，使用這兩種新型材料所研制而成的第三代半導體材料在未來將有著更廣闊的前景。

1第三代半導體國內研究現狀

使用GaN這種材料制作而成的射頻器件，能夠讓半導體擁有更廣闊的發展前景，例如高工作電壓、高功率密度、高帶寬等。這些前景以及發展方向都讓第三代半導體在5G領域得到了更好的發展方向。而國內對于第三代半導體材料的研究也已經有了巨大的進展與突破。

我國國內當下研究這項技術的企業有蘇州能訊、中國電子科技集團公司第十三研究所、中國電子科技集團第五十五研究所，這三者都取得了相當大的進展。在2013年，蘇州能訊就已經建設完成了國內第一條GaN商業器件生產線，將工作頻率成功提升到了2500M-2690MHz之間，與此同時，功率也已經達到了驚人的160W，將整個射頻器件的工作效率開發到了70%。而第十三研究所則是將基站功效得到了提升與發展，已經研發出了2.5G-2.7GHz頻段的250W高壓基站功效。而第五十五研究所則是將帶寬內部峰值功率提升到了11.7W。除了這三者之外，中科院半導體所、北京大學等研究機構在第三代半導體的開發方面也作出了杰出的貢獻。

但是在目前的發展狀態中，由于GaN這種材料的單品襯底技術尚未達標，因此第三代半導體材料往往是在SiC上進行生長。在未來的發展中，可以利用SiC材料的高熱導率特性，來生產出大尺寸高質量的SiC體塊單晶。

國內對于SiC材料單晶的研究時間不長，主要的研究單位有山東大學、中國科學院物理研究所、中國科學院硅酸鹽研究所、中國電子科技集團公司第二研究所等等單位。雖然以上單位對于我國SiC材料的單晶研究做出了杰出的貢獻，但是在當下，以整體的眼光來看我國這項技術與歐美國家相比依舊較為落后。除此之外，美國Cree公司對于半絕緣產品實行了禁止運輸，因此在未來的發展中，如果我國需要使用6英寸半絕緣SiC材料襯底需要進行自我研發。只有將這一技術難關進行攻克，我國才真正的能夠實現技術、器材、裝備的一條龍生產。山東大學在國家的支持下，主要研究了大尺寸SiC單晶生長初期成核控制這項技術。山東大學對于這項技術進行了關鍵參數模擬計算，從而實現了生長工藝降低潛能級雜質濃度的優化。這項技術的實現，生產出了6英寸半的絕緣單晶，這讓高品質GaN的發展真正成為了指日可待。

在我國發展微波功率器件的過程中，主要的核心材料來自于使用SiC襯底進行GaN結構的生長。對于這項技術，中科院半導體所以及西安電子科技大學、第十三研究所、第五十五研究所、蘇州能訊、北京大學進行了聯合研究，成功的將這項技術的關鍵問題得到了初步的攻克。而我國對于這項高新技術的發展也提出了更多的幫助與扶持政策，這其中包括了戰略性先進電子材料發展專項。針對于這一問題，我國做出了全方位的產業布局，希望能夠通過這方面的提升來讓我國相關技術得到突破。

2對未來5G與第三代半導體的展望

在未來的發展中，5G將成為人們的生活方式，海量的機器通信以及人工智能將涌現出來，這其中智慧城市、智能家居將成為代表與移動通信相融合。5G網絡將接納現在幾十上百倍的智慧設備，而這對于半導體的使用有著一定的要求。除了這智慧設備以外，還有著一些普通行業需要進行5g網絡的聯動，例如車聯網，移動醫療，工業互聯網等等。

3結語

在5g網絡投入商用的初期，運營商將開展大規模的網絡建設，這對于半導體等等基礎材料有著更高的要求。伴隨著5g網絡向垂直行業的應用與滲透，各個行業在武器設備上支出也將穩步增長，成為帶動相關設備制造企業收入增長的主要力量。在未來的發展中，5類行業將繼續得到不斷的提升，而第三代半導體在5g通訊中的應用有著非常廣闊的前景與機遇。