3세대 반도체란 무엇인가요? 나는 당신이 이해할 수 있기를 바랍니다
저자/Zhu Gongzi
3세대 반도체
주식 거래자이거나 친구라면 2차 시장에 주목하다 요즘 이 말을 많이 들어보셨을 텐데요. 요즘 시장이 그렇게 좋지 않았더라면 과대광고 시장은 지금보다 훨씬 더 강했을 것입니다.
그렇다면 이른바 3세대 반도체란 과연 무엇일까? 저어줄 가치가 있나요? 미래의 논리는 어디에 있습니까?
다음으로, 인내심을 갖고 주의 깊게 읽으면 글을 쓰는 모든 사람이 이해할 것이라고 장담합니다. 이것은 매일 시장을 쳐다보는 것보다 훨씬 더 흥미로울 것입니다!
1. 왜 3세대 반도체라고 불리는가?
1. 키워드
손님께서는 3세대 반도체의 가장 큰 차이점인 소재라는 키워드를 기억하실 것입니다.
2. 각 세대 소재의 간략한 설명
①1세대 반도체 소재 : 주로 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge) 반도체 소재를 말한다.
등장 시기: 1950년대.
대표 소재 : 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 원소 반도체 소재.
응용 분야: 집적 회로, 전자 정보 네트워크 엔지니어링, 컴퓨터, 휴대폰, 텔레비전, 항공 우주, 다양한 군사 프로젝트 및 빠르게 발전하는 신에너지 및 실리콘 태양광 산업.
역사적 의의: 1세대 반도체 소재는 집적회로(IC)를 핵심으로 하는 마이크로일렉트로닉스 분야의 급속한 발전을 촉발시켰다.
1세대 반도체 재료에 대한 간단한 이해는 게르마늄이 처음 사용되었고 나중에 게르마늄에서 실리콘으로 바뀌었고 거의 완전히 대체되었다는 것입니다.
그 이유는 다음과 같습니다. ① 실리콘 생산량이 상대적으로 크고 비용 우위가 있습니다. ②기술 개발이 더욱 완전해졌습니다.
하지만 40나노미터 이하에서는 게르마늄-실리콘 채널을 통해 전자가 더 빠르게 흐를 수 있기 때문에 게르마늄의 응용이 다시 등장했습니다. 현재 사용되고 있는 실리콘 게르마늄은 특수 채널 소재로 사용되고 있으며, 향후 카본의 응용도 포함될 예정인데 이에 대해서는 아래에서 자세히 설명하겠습니다.
② 2세대 반도체 소재 : 갈륨비소(GaAs), 안티몬화인듐(InSb)으로 대표되는 4G 시대 대부분의 통신장비에 들어가는 소재다.
등장시기 : 1990년대 이후 이동통신의 급속한 발전과 함께 갈륨비소, 안티몬화인듐으로 대표되는 광섬유통신과 인터넷을 기반으로 한 정보고속도로의 대두 2세대 반도체 소재는 등장하기 시작합니다.
대표적인 재료: 갈륨 비소(GaAs), 인듐 안티모나이드(InSb), GaAsAl, GaAsP 및 일부 고용체 반도체(예: Ge-Si, GaAs-GaP); 비정질 실리콘과 같은 유리 반도체(비정질 반도체라고도 함), 프탈로시아닌, 구리 프탈로시아닌, 폴리아크릴로니트릴 등과 같은 유리질 산화물 반도체;
응용 분야: 주로 고속, 고주파, 고출력 및 발광 전자 장치를 만드는 데 사용됩니다. 고성능 마이크로파, 밀리미터파 장치 및 조명을 만드는 데 탁월한 소재입니다. - 방출 장치.
정보고속도로와 인터넷의 발달로 위성통신, 이동통신, 광통신, GPS 내비게이션 등 분야에서도 널리 활용되고 있다.
성능 업그레이드: 갈륨비소를 예로 들면, 1세대 반도체에 비해 갈륨비소는 고주파수, 방사선 저항성, 고온 저항성 등의 특성을 가지고 있습니다.
요약: 2세대는 복합재를 사용합니다. 즉, 갈륨비소, 인화인듐 등의 물질이 우리 생활에 흔히 사용되는 물질인데, 초기에는 전력증폭기 분야에 사용이 가능했다.
하지만 비소는 독성이 강하기 때문이죠! 따라서 현재 많은 곳에서 사용이 금지되어 있으며, 갈륨비소의 적용은 고속 전력 증폭기 전력 분야에만 제한됩니다. 인듐 인화물은 LED와 같은 발광 장치를 만드는 데 사용될 수 있습니다.
③3세대 반도체 소재 : 질화갈륨(GaN), 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO), 다이아몬드가 4대 대표 소재이자 5G 시대의 핵심 소재다.
원산지: M 국가는 이미 1993년에 최초의 질화갈륨 재료 및 장치를 개발했습니다. 우리나라 최초의 연구팀인 중국과학원 반도체연구소도 1995년부터 이 분야에 대한 연구를 시작했습니다.
핵심 포인트: 반년 전 시장이 질화갈륨 충전기에 대한 추측을 시작했을 때 시장의 반응은 아직 충분히 강하지 못했다. 3세대 반도체가 아직 국가에 포함되지 않았기 때문이다. 14차 5개년 계획". 전략적 배치 측면에서 질화갈륨 개념만으로는 전체 시장 논리를 지원하기에 충분하지 않습니다!
개발 현황: 5G 통신, 신에너지 차량, 태양광 인버터 및 기타 애플리케이션에 대한 명확한 수요에 힘입어 애플리케이션 분야의 선두 기업은 3세대 반도체 기술을 사용하기 시작했으며 이는 더욱 향상되었습니다. 이는 3세대 반도체 기술 경로에 대한 업계의 신뢰와 확고한 투자를 강화했습니다.
성능 업그레이드: 전문적인 용어로 자세히 설명하지는 않겠습니다. 3세대 반도체 소재를 사용하면 더 나은 성능의 장점이 고압 저항, 고온에 있습니다. 저항, 고전력, 더 강한 방사선 저항과 전기 전도성, 더 빠른 작업 속도 및 더 낮은 작업 손실을 가지고 있습니다.
제가 별도로 언급해야 할 점은 탄화규소와 질화갈륨에 비해 탄화규소는 더 일찍 개발되었으며 둘 사이에는 큰 차이가 있다는 것입니다. 고전력 응용 분야에서는 탄화 갈륨이 우세합니다. 전자 이동도가 높기 때문에 탄화 규소보다 스위칭 속도가 더 높을 수 있으므로 고주파 응용 분야에서는 질화 갈륨이 유리합니다.
3세대 반도체의 응용
탄화규소에 대해 집중적으로 살펴보겠습니다. 탄화규소는 DC 및 AC 송전 및 변환, 전기 자동차, 가전제품, 신에너지, 철도 운송 및 기타 분야의 온도 감지 및 제어 등 민간 분야에서 널리 사용됩니다.
대표적인 두 가지 예를 들어보자.
1. 2015년 토요타자동차의 캠리 테스트카는 탄화규소 MOSFET을 사용해 인버터 스위칭 손실을 30% 줄였다.
2. 2016년 미쓰비시전기는 인버터에 탄화규소를 사용해 세계에서 가장 작은 모터를 개발했다.
다른 군사 분야에서 탄화규소는 제트 엔진, 탱크 엔진, 선박 엔진, 풍동 및 우주선 포탄의 온도 및 압력 테스트에 널리 사용됩니다.
왜 실리콘카바이드에 집중해야 한다고 말하는 걸까요? 반도체 산업의 초석은 칩이기 때문에, 실리콘 카바이드는 뛰어난 물리적 특성으로 인해 미래에 반도체 칩을 만드는 데 가장 널리 사용되는 기본 재료임에 틀림없습니다!
① 우수한 물리적 특성: 높은 밴드갭(높은 항복 전기장 및 높은 전력 밀도에 해당), 높은 전기 전도성, 높은 열 전도성. 또한 실리콘 카바이드 MOSFET은 오랫동안 실리콘 기반 IGBT와 공존할 것이며 고전력, 고주파수 및 고속 분야의 애플리케이션에 더 적합합니다.
②여기에는 "대역폭"이라는 이상한 단어가 삽입되어 있습니다.
이걸 설명하면 '에너지밴드', '가이딩밴드' 등 일련의 개념이 나올 것 같다. 별로 좋아하지 않는다면 굳이 안 할 필요도 없을 것 같다. 이것만 공부해 보세요. 3세대 반도체 산업 분야에서는 이 단어만 알면 이미 중소기업의 90% 이상을 능가한 것입니다.
객관적으로 말하자면, 한 가지 주요 지식을 기억하자: 3세대 반도체 소재의 경우 밴드갭이 높을수록 유리하다.
③주형: "기판". 반도체 칩은 다시 집적 회로와 개별 장치로 구분됩니다. 그러나 집적 회로이든 개별 장치이든 기본 구조는 "기판-에피택셜-장치" 구조로 나눌 수 있으며, 반도체에서 탄화규소의 주요 형태는 기판 재료입니다.
④생산 공정 흐름 :
원료 합성 - 결정 성장 - 잉곳 처리 - 결정 절단 - 웨이퍼 연삭 - 웨이퍼 연마 - 웨이퍼 검사 - 웨이퍼 세척
요약 : 웨이퍼 크기가 클수록 해당 결정 성장 및 처리 기술이 더 어려워지는 반면, 다운스트림 장치의 제조 효율성은 높아지고 단가는 낮아집니다. 현재 국제 탄화규소 웨이퍼 제조업체는 주로 4인치~6인치 탄화규소 웨이퍼를 제공하고 있으며 CREE, II-VI 등 선도적인 국제 기업은 8인치 탄화규소 웨이퍼 생산 라인 건설에 투자하기 시작했습니다.
⑤응용 방향: 과학 지식을 대중화하고 생산 및 제조에 대해 이야기한 후에도 여전히 이 것을 어떻게 사용하는지에 달려 있습니다: 전력 장치와 무선 주파수 장치.
전력 장치: 가장 중요한 다운스트림 애플리케이션은 신에너지 차량입니다!
기존 기술 솔루션: 각 신에너지 차량은 약 US$700~US$1,000 상당의 전력 장치를 사용합니다. 신에너지 자동차의 발달로 전력소자에 대한 수요가 나날이 증가하고 있으며, 이는 전력반도체소자의 새로운 성장 포인트로 자리잡고 있습니다.
신에너지 자동차 시스템 아키텍처에서 관련된 전력 장치에는 모터 구동 시스템, 온보드 충전 시스템(OBC), 전력 변환 시스템(온보드 DC/DC) 및 오프보드 충전이 포함됩니다. 말뚝. 실리콘 카바이드 전력 장치는 모터 구동 시스템의 메인 인버터에 사용됩니다.
또한 적용 분야에는 태양광 발전, 철도 운송, 스마트 그리드, 풍력 발전, 산업용 전원 공급 장치, 항공 우주 및 기타 분야도 포함됩니다.
무선 주파수 장치: 가장 중요한 다운스트림 애플리케이션은 -5G 기지국입니다!
마이크로파 무선 주파수 장치에는 주로 무선 주파수 스위치, LNA, 전력 증폭기 및 필터가 포함됩니다. 5G 기지국은 무선 주파수 장치의 주요 적용 방향입니다.
미래 규모: 5G 시대의 도래는 무선 주파수 기기에 새로운 성장 동력을 가져올 것입니다! 전세계 RF 장치 시장은 2025년에 250억 달러를 초과할 것입니다. 현재 우리나라가 5G 구축에서 세계를 선도하고 있기 때문에 반대편 골든 리트리버들이 지금 서둘러 벽을 뛰어넘고 있는 것이다.
우리나라는 앞으로 5G 매크로 기지국을 360만~492만개 구축할 계획인데, 이 규모는 4G 매크로 기지국의 1.1~1.5배에 달한다. 현재 우리나라에는 약 40만 개의 5G 매크로 기지국이 구축되어 있으며, 앞으로도 성장 여지는 여전히 많습니다.
반도체 산업의 핵심
많은 고객들이 다음과 같은 질문을 갖고 있을 것이라고 생각합니다. 칩, 반도체, 집적 회로의 차이점은 무엇입니까?
1. 반도체:
재료의 측면에서 교과서에서는 다음과 같이 설명합니다. 반도체는 실온에서 전도도가 도체와 절연체의 중간 수준인 재료 유형입니다. ;
기능적 구조에 따라 반도체 산업은 집적 회로(코어), 개별 장치, 광전자 장치 및 센서의 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
2. 집적회로(IC, 집적회로):
가장 고전적인 정의는 트랜지스터, 다이오드 등의 능동 부품과 저항기, 커패시터 등의 수동 부품을 말한다. 특정 회로 상호 연결은 단일 반도체 칩에 "통합"되어 특정 회로 또는 시스템 기능을 완성합니다.
3. 칩:
반도체 부품 제품의 총칭은 집적회로를 담고 있는 실리콘 웨이퍼를 의미하며, 웨이퍼와 구분됩니다. 실리콘 웨이퍼는 집적 회로를 포함하고 컴퓨터나 기타 전자 장치의 일부인 작은 실리콘 조각입니다.
집적회로가 반도체 산업의 핵심인 이유는 무엇입니까? 집적회로 매출 비중이 기본적으로 반도체 매출의 80% 수준에 머물고 있기 때문이다.
예를 들어 2018년 전 세계 반도체 매출 4,700억 달러 중 집적회로가 3,900억 달러로 84%를 차지했습니다.
3세대 반도체의 미래 방향
중국 반도체 산업이 IDM 모델로 진입하는 것이 일반적인 추세이며, 나는 그 장기적인 지속 가능성을 충분히 인식합니다. 그런데 IDM에 관해서는 헷갈리기 쉬운 개념들이 너무 많아요. 내용이 너무 길어서 쪼개지는 않겠습니다. IDM이 제일 대단하다는 것만 알아두시면 될 것 같아요!
IDM: 직역하면 통합 설계 및 제조, 수직 통합 제조입니다.
1. IDM 기업: IDM 비즈니스 모델은 국제 통합 부품 제조업체 모델입니다. 제조업체의 사업 범위는 IC 설계, IC 제조, 패키징 및 테스트의 모든 측면을 포괄하며 심지어 다운스트림 전자 단말기까지 확장됩니다. 대표적인 제조업체: Intel, Samsung, TI(Texas Instruments), Toshiba, ST(STMicroelectronics) 등
2. IDM 모델의 장점:
(1) IDM 모델의 기업은 내부 자원 통합 이점이 있으며 IC 설계에서 IC 제조까지 소요되는 시간이 더 짧습니다.
(2) IDM 회사는 상대적으로 수익이 높습니다. "스마일 곡선" 원칙에 따르면 가장 앞선 제품 설계 및 개발과 가장 맨 끝의 브랜딩 및 마케팅은 이윤폭이 가장 높고 중간 제조, 포장 및 테스트 링크는 이윤폭이 낮습니다.
(3) IDM 회사는 기술적인 이점을 가지고 있습니다. 대부분의 IDM 기업은 자체 IP(지식재산권), 상대적으로 강력한 기술 개발 역량, 기술 리더십을 보유하고 있습니다.
3. IDM의 중요성
IDM의 중요성은 논리적으로 판단할 필요가 없습니다. 전 세계 집적회로 시장의 60%는 IDM 기업이 장악하고 있습니다. 삼성전자, NXP, 인피니언, NXP 등
4. 중국은 왜 IDM 모델을 개발하려고 합니까?
IDM 모델의 장점: 산업 체인 내 직접 통합, 규모의 경제, 신제품 출시 시간을 효과적으로 단축하고 기업 내 수익을 유지합니다.
시장의 자연스러운 선택: 또한 중국은 세계 최대의 집적 회로 소비자 시장이 되었으며 풍부한 노동 자원을 보유하고 있으며 자체 브랜드 IDM을 개발할 수 있는 시장 및 비용 이점이 있습니다.
이제 M국의 봉쇄로 쫓겨나든, 우리가 스스로 선택하든, 우리는 중국 IDM 발전의 길을 열어야 합니다!
현재 상황: 현재 중국에 있는 소위 IDM은 제조 공정 수준과 설계 능력이 매우 낮고, 상대적으로 전력 반도체에 집중되어 있으며, 제품 적용 범위가 좁고 규모도 크지 않습니다. 나는 이러한 사실들이 말하기에는 우울하다는 것을 알고 있지만 그것은 사실입니다.
하지만 우리는 현재 상대적으로 낙후된 단계에 있기 때문에 열심히 노력하고 이를 악물고 따라잡아 단숨에 승리해야 합니다!
원래 이 글을 쓰면서 주식 얘기를 하려고 한 건 아니지만, 우리나라 반도체 산업에 조금이나마 기여했다고 볼 수 있는 몇 가지만 언급하고 싶다.
무선 주파수 관련 고품질 타겟: Zhuosheng Micro, Zhongtian Technology, Heertai, Maijie Technology
IDM 관련 고품질 타겟: Zhonghuan; 기술, 상하이 벨링, 창디안 기술.