中国科学技术在5G领域中半导体材料的应用与发展

朱泓达

摘要：伴随着科学的发展，科技的进步，半导体材料已经成为了电子领域中的中流砥柱，在未来的发展中，半导体将继续不断的更新换代。而通讯领域5G的出现，对于未来的移动基站信号来说有了更高的要求，要求移动基站的带宽要尽量达到]GHz，而以往的传统技术已经无法达到这一要求。第三代半导体材料的出现成功的解决了这一问题，是5G发展进程中的核心技术。本文主要针对于在我国科学技术领域中半导体材料的发展以及在5G领域中的发挥。

关键词：5G领域;半导体材料;第三代更新

第三代半导体主要的构成材料是SiC、GaN，这两种新型材料的出现成功将以往半导体所拥有的能力得到了进一步的提升，这其中包括：宽带带宽度、高临界场强、高热导率、高载流子炮、速率等等。除此之外，峰值电子速度也有了显著的提升，因此，使用这两种新型材料所研制而成的第三代半导体材料在未来将有着更广阔的前景。

1第三代半导体国内研究现状

使用GaN这种材料制作而成的射频器件，能够让半导体拥有更广阔的发展前景，例如高工作电压、高功率密度、高带宽等。这些前景以及发展方向都让第三代半导体在5G领域得到了更好的发展方向。而国内对于第三代半导体材料的研究也已经有了巨大的进展与突破。

我国国内当下研究这项技术的企业有苏州能讯、中国电子科技集团公司第十三研究所、中国电子科技集团第五十五研究所，这三者都取得了相当大的进展。在2013年，苏州能讯就已经建设完成了国内第一条GaN商业器件生产线，将工作频率成功提升到了2500M-2690MHz之间，与此同时，功率也已经达到了惊人的160W，将整个射频器件的工作效率开发到了70%。而第十三研究所则是将基站功效得到了提升与发展，已经研发出了2.5G-2.7GHz频段的250W高压基站功效。而第五十五研究所则是将带宽内部峰值功率提升到了11.7W。除了这三者之外，中科院半导体所、北京大学等研究机构在第三代半导体的开发方面也作出了杰出的贡献。

但是在目前的发展状态中，由于GaN这种材料的单品衬底技术尚未达标，因此第三代半导体材料往往是在SiC上进行生长。在未来的发展中，可以利用SiC材料的高热导率特性，来生产出大尺寸高质量的SiC体块单晶。

国内对于SiC材料单晶的研究时间不长，主要的研究单位有山东大学、中国科学院物理研究所、中国科学院硅酸盐研究所、中国电子科技集团公司第二研究所等等单位。虽然以上单位对于我国SiC材料的单晶研究做出了杰出的贡献，但是在当下，以整体的眼光来看我国这项技术与欧美国家相比依旧较为落后。除此之外，美国Cree公司对于半绝缘产品实行了禁止运输，因此在未来的发展中，如果我国需要使用6英寸半绝缘SiC材料衬底需要进行自我研发。只有将这一技术难关进行攻克，我国才真正的能够实现技术、器材、装备的一条龙生产。山东大学在国家的支持下，主要研究了大尺寸SiC单晶生长初期成核控制这项技术。山东大学对于这项技术进行了关键参数模拟计算，从而实现了生长工艺降低潜能级杂质浓度的优化。这项技术的实现，生产出了6英寸半的绝缘单晶，这让高品质GaN的发展真正成为了指日可待。

在我国发展微波功率器件的过程中，主要的核心材料來自于使用SiC衬底进行GaN结构的生长。对于这项技术，中科院半导体所以及西安电子科技大学、第十三研究所、第五十五研究所、苏州能讯、北京大学进行了联合研究，成功的将这项技术的关键问题得到了初步的攻克。而我国对于这项高新技术的发展也提出了更多的帮助与扶持政策，这其中包括了战略性先进电子材料发展专项。针对于这一问题，我国做出了全方位的产业布局，希望能够通过这方面的提升来让我国相关技术得到突破。

2对未来5G与第三代半导体的展望

在未来的发展中，5G将成为人们的生活方式，海量的机器通信以及人工智能将涌现出来，这其中智慧城市、智能家居将成为代表与移动通信相融合。5G网络将接纳现在几十上百倍的智慧设备，而这对于半导体的使用有着一定的要求。除了这智慧设备以外，还有着一些普通行业需要进行5g网络的联动，例如车联网，移动医疗，工业互联网等等。

3结语

在5g网络投入商用的初期，运营商将开展大规模的网络建设，这对于半导体等等基础材料有着更高的要求。伴随着5g网络向垂直行业的应用与渗透，各个行业在武器设备上支出也将稳步增长，成为带动相关设备制造企业收入增长的主要力量。在未来的发展中，5类行业将继续得到不断的提升，而第三代半导体在5g通讯中的应用有着非常广阔的前景与机遇。