过去几十年里，硅(Si)基技术一直在主导着半导体行业。然而，最近几年，市场上出现了向更先进材料转变的迹象，如向氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)转变。如今，GaN和SiC在性能和效率方面实现了重大飞跃，这些进步正在改变从消费电子到工业电力系统的多个领域。 与此同时，采购部门也需要考虑这些材料的成本、质量和可用性等问题，GaN和SiC半导体目前正面临价格昂贵、缺陷密度高、材料供应链受限等难题，半导体制造商正在积极解决这些问题。 宽禁带半导体的技术优势 GaN和SiC的特性使其优于传统硅(Si)，比如它们具有更宽的带隙，这意味着有更高的击穿电压、更出色的热稳定性、更稳定的可靠性，而且在高频率和高功率下的工作效率也更高。这些特性使其在电力电子设备应用中有突出的表现，其中在变频器和可再生能源系统中尤其具有优势，因为对这些设备而言，高效率和热管理的作用极为关键。 一方面，因为GaN具有高电子迁移率特性，所以它非常适合高频应用。GaN能带来更快的开关速度、更低的能量损耗和更小的器件尺寸，这些特性使得它在微波应用中特别具备吸引力，例如5G电信和雷达系统的应用。 另一方面，SiC在高电压和高温下的坚固性特点，助其成为大功率应用的首选半导体材料，这些应用包括电动汽车(EV)动力系统、可再生能源系统和工业机械等。 现在，有许多市场力量在推动向GaN和SiC的转变，各行业都在强调要满足严格的环保法规，以及追求进一步降低运营成本，行业对高能效解决方案有非常大的需求。而在相同或相似的电力转换任务中，使用GaN和SiC器件的设备相比使用传统材料设备的能耗更低，这对于注重可持续发展的行业而言，是一个极具吸引力的选择。 电动汽车就是这种转变的典型例子。SiC能够在高温、高压下工作的特性，使得采用SiC器件的电力电子设备更高效，不仅可以延长汽车的续航里程，还能缩短动力电池的充电时间。如今，汽车制造商和供应商已经注意到这些优势，并越来越多地将基于SiC的器件集成到他们的设计中。 同样地，GaN在高频应用中的卓越表现，也促进了其在电信领域的应用进程。5G网络的部署对功率器件提出高频、高压，高效率的要求，氮化镓半导体能在高频率和高电压下工作，正在成为支持下一代无线通信的基础设施的不可或缺的部分。 其他进展还包括在GaN和SiC衬底开发中引入“纳米颗粒”。“纳米颗粒”是一种微小的颗粒，大小通常在1到100纳米之间，因其晶体结构也被称为“纳米晶体”。它是一种成本效益高的解决方案，能够用来生产各种经济型的设备，比如燃料电池和太阳能电池。与块状材料相比，纳米颗粒有更高的表面积和体积比，能显著提高设备的性能。 这一特性提升了能源应用的效率，减少了对材料的消耗。在医疗保健领域，“纳米颗粒”技术为药物输送和诊断系统带来了卓越的功能。因此，“纳米颗粒”技术可推动多个领域的降成本和提性能工作。 对制造和采购的影响 尽管GaN和SiC半导体具有诸多优势，但是它们也面临着一些挑战。与传统的硅基材料相比，GaN和SiC材料的制造工艺更加复杂，对一致性的要求也更高——其基板的可用性、缺陷密度和外延生长技术对于持续的研发至关重要。 成本高昂是主要的采购问题，GaN和SiC的生产成本明显高于Si，主要是由其生长工艺的复杂性决定的。例如，高质量GaN和SiC所需的外延生长涉及先进的技术，而这些技术比Si所使用的技术成本更高。 此外，现在大尺寸晶圆的供应有限，这不仅会增加先进半导体的使用成本，还会影响制造工艺的可扩展性。同时，还可能会阻碍一些行业采用GaN和SiC，特别是那些利润微薄的行业。 供应链和质量控制也带来了额外的挑战。GaN和SiC还处于起步阶段，这意味着能够持续生产高质量材料的供应商比较少，可能会导致产能瓶颈和交付周期的延长，使得依赖这些组件的公司的规划和生产计划更复杂。 此外，确保设备的可靠性和灵敏度需要采取严格的质量控制措施。由于这些材料缺陷密度较高，但对杂质又很敏感，其生产需要经过严格的测试和验证过程，从而也增加了整体采购的复杂性。 所幸的是，业界在应对这些挑战方面取得了重大进展。在批量生产、外延生长和器件制造方面取得的进步稳步降低了成本，并提高了氮化镓和碳化硅器件的质量。此外，随着规模经济的实现，GaN/SiC与Si的价格差距有望缩小，未来宽带隙半导体将更容易获得。 氮化镓和碳化硅的发展前景一片光明。随着对能效的持续追求，加上电动汽车和电信等行业需求激增，很可能会加速对这些先进材料的应用。从半导体制造商到最终用户/终端用户行业的利益相关者，都越来越意识到GaN和SiC的价值。 将GaN和SiC纳入供应链 总之，向GaN和SiC的转变对半导体行业意义重大。它们所具有的优越电气性能，以及对高效、高性能电子设备日益增长的需求推动了这一转变。虽然挑战依然存在，但技术进步和明确的市场需求表明，GaN和SiC将在未来的半导体技术中占据重要地位。 查看详细>>

6月18日，2024长春国际光电博览会（以下简称光博会）以“光电引领共创未来”为主题在长春东北亚国际博览中心隆重开幕，中国科学院长春光机所在A1-H01展位亮相。上午11点18分，由长春光机所自主研发的通用光学设计分析系列软件——长光杂散辐射分析软件V1.0正式版举行了发布仪式。 中国工程院院士、长春光机所所长张学军亲自讲解了这款光学软件的核心功能和用途，多名领导和院士莅临展位指导交流。 长光杂散辐射分析软件是一款利用光线追迹方法来模拟光学系统杂散辐射的大型光学工程软件，具备三维实体光机建模、光源建模、表面属性建模、光线追迹、杂散辐射分析等核心功能，可用于航天、航空、安防、医疗、电子等领域高端光学系统的仿真分析。 该光学软件的研发团队由光学系统先进制造重点实验室（中国科学院）和长春光机所先进计算与数字工程研究中心两个部门的相关人员组成，团队规模40人左右，这是一支平均年龄仅有33岁的研究队伍。在研制过程中，团队克服重重困难，突破了光源发光属性、光学与机械元件散射属性的测量与表征技术、基于蒙特卡洛方法的光线追迹与分裂技术、杂光数据记录方案和路径分类方法等核心关键技术，完全掌握底层核心算法、拥有自主知识产权、核心技术指标优异，为实现我国光学软件自主化、为工业软件国产化贡献了一份力量。 查看详细>>

在国际空间站上沉积在钢中的一个小S曲线，这是在轨制造的一大飞跃。 1969年7月，尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)登上月球时发表了著名的宣言，欧洲航天局(European Space Agency)本周将太空中激光金属3D打印的第一个实例描述为“沉积在液化不锈钢中的一个小S曲线，这是在轨制造的巨大飞跃”。 增材制造的突破是在国际空间站上实现的，该空间站于5月30日在欧空局的哥伦布实验室模块上进行。“这条S曲线是一条测试线，成功完成了我们的金属3D打印机的调试，”ESA技术官员Rob Postema解释说。 Postema说：“第一次印刷的成功，以及其他参考线，让我们准备好在不久的将来打印完整的部分。我们之所以能走到这一步，要归功于由空中客车防务与航天公司(Airbus Defence and Space SAS)、法国CADMOS用户支持中心(CADMOS)用户支持中心以及我们自己的ESA团队领导的工业团队的努力。 来自财团领导者空中客车公司的Sébastien Girault说：“我们很高兴在国际空间站上进行了第一次金属3D打印-质量和我们梦想的一样好。金属3D打印机技术演示器由空中客车公司领导的工业团队开发，该团队也是该项目的共同资助者，与欧空局人类和机器人探索局签订了合同。 该系统于2024年1月到达国际空间站。欧空局宇航员安德烈亚斯·莫根森(Andreas Mogensen)在哥伦布舱中安装了180公斤的有效载荷。 激光加热 金属3D打印机的设计基于不锈钢丝被送入打印区域，该区域由高功率激光加热。当金属丝浸入熔池中时，金属丝尖端会熔化，为印刷品添加金属。 打印过程完全由地面管理。船上工作人员所要做的就是在打印开始前打开氮气和排气阀。出于安全原因，打印机在完全密封的盒子内运行，防止多余的热量或烟雾逸出。 已经为随后的全尺寸3D打印选择了四种形状，稍后将返回地球，与在正常重力下在地面上制作的参考打印进行比较。 来自欧空局技术、工程和质量局的材料工程师Advenit Makaya为该项目提供了建议：“其中两个打印部件将在荷兰ESTEC的材料和电气元件实验室进行分析，以帮助我们了解长时间的微重力是否对金属材料的打印有影响。另外两个将前往欧洲宇航员中心和丹麦技术大学，DTU，“他说。 欧空局未来发展的目标之一是创造循环空间经济，并在轨道上回收材料，以便更好地利用资源，例如将旧卫星的比特重新利用到新的工具或结构中。这种金属3D打印机的可操作版本将消除将工具与火箭一起发送的需要，并允许宇航员在轨道上打印所需的零件。 查看详细>>

5月5日消息，近日，日本多家电信公司联合宣布开发出世界上首个高速6G无线设备。 其数据传输速度高达每秒100Gbps，是5G峰值速度的10倍，是普通5G智能手机目前下载速度的500倍以上。 据悉，自2021年以来，DOCOMO、NTT公司、NEC公司和富士通一直在开发这款设备。每家公司负责以下研究和开发部分。 尽管目前传输距离有限，测试仅在100米范围内，但预计随着技术进步，设备尺寸和成本将降低。 此前，中国移动研究院院长黄宇红在接受采访时披露了我国6G技术的研究进展。 黄宇红表示，目前我们正在做一些关键技术的研究和一些原型样机的开发，大约2029年6G标准将会完成制定，2030年左右就可以实现6G商用。 对于普通人来说，提到6G，最基本的一个感觉就是它会比5G更快，目前业内普遍认为6G通信能力将达到5G的10倍以上。 专家表示，6G在5G基础上，将从服务于人、人与物，进一步拓展到支撑智能体的高效互联，并且6G将推动沉浸感更强的全息视频，实现物理世界、虚拟世界、人的世界三个世界的联动。 工信部发布关于2023年第四季度电信服务质量的通告显示，5G手机用户文件平均下载速率超144Mbps，固定宽带用户访问网站的平均首包时延为0.08秒，观看视频的平均首次播放时延为0.55秒。 查看详细>>