芯片困局 掣肘中國(guó)

2020年5月16日，美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局（BIS）突然宣布，將全面限制華為購(gòu)買采用美國(guó)軟件和技術(shù)生產(chǎn)的半導(dǎo)體，包括美國(guó)以外被列入管制清單的生產(chǎn)設(shè)備，在為華為和海思生產(chǎn)代工前，都要獲得美國(guó)允許。
8月，美國(guó)商務(wù)部又進(jìn)一步收緊了對(duì)華為獲取美國(guó)技術(shù)的限制，并將華為在全球21個(gè)國(guó)家的38家子公司列入了“實(shí)體名單”。9月15日起，凡使用美國(guó)企業(yè)的設(shè)備、軟件和設(shè)計(jì)生產(chǎn)的半導(dǎo)體公司（先前的技術(shù)限定標(biāo)準(zhǔn)是25%，去年12月降至10%，現(xiàn)在變成了0），未經(jīng)美國(guó)政府批準(zhǔn)不得向華為供貨。

這意味著，使用美國(guó)任何技術(shù)的芯片企業(yè)都不能與華為有任何形式的合作，也不能賣芯片給華為，徹底切斷了華為從外界尋求代工制造到成品芯片購(gòu)買的所有途徑。

禁令之下，臺(tái)積電、英特爾、高通、聯(lián)發(fā)科、美光等芯片大廠都相繼宣布，9月15日后將無法繼續(xù)為華為供貨。據(jù)韓國(guó)媒體9月9日?qǐng)?bào)道，三星和SK海力士?jī)纱蟠鎯?chǔ)芯片巨頭將于9月15日起停止向華為出售零部件。同時(shí)，三星電子旗下的三星顯示器及LG顯示器預(yù)計(jì)將從9月15日起停止向華為的高端智能手機(jī)供應(yīng)面板。
       很多人問，華為乃至中國(guó)就不能完全不用美國(guó)技術(shù)去自己制造芯片嗎？答案顯然是不能。高端芯片是一個(gè)長(zhǎng)期燒錢，知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘、產(chǎn)業(yè)壁壘、專利壁壘都很高的產(chǎn)業(yè)，非一日之功就能突破。
       而結(jié)合半導(dǎo)體行業(yè)特性，隨著新材料的推陳出新，第三代半導(dǎo)體材料金剛石在半導(dǎo)體芯片行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，有可能產(chǎn)生推動(dòng)中國(guó)半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的重要科技創(chuàng)新。

       芯片襯底

       自20世紀(jì)50年代開始，以硅(Si)、鍺(Ge)為主的第一代半導(dǎo)體材料使用至今已有70余年，時(shí)至今日，仍有95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路由硅材料制作，但因硅自身的物理性質(zhì)缺陷，限制了其在高頻功率器件上的應(yīng)用。而以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為代表的第二代半導(dǎo)體材料雖然在二十世紀(jì)末風(fēng)靡一時(shí)，但因其價(jià)格昂貴，且具有毒性，使得其應(yīng)用受到很大的局限性。現(xiàn)如今，以金剛石、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為主的具有超寬帶隙特性的第三代半導(dǎo)體材料已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。
       作為第三代半導(dǎo)體材料中的佼佼者，金剛石材料具備高熱導(dǎo)率、高擊穿電場(chǎng)、高載流子遷移率、高載流子飽和速率和低介電常數(shù)等優(yōu)異的特性，滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對(duì)高溫、高壓、高功率、高頻率以及抗輻射等惡劣條件的要求，已是業(yè)界公認(rèn)的“終極半導(dǎo)體材料”。
       芯片散熱材料——熱沉

       隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)裝備的提升，激光二極管列陣等大功率高密度器件已被越來越多地應(yīng)用于集成電路之中，但受限于普通材料的散熱性能，導(dǎo)致溫度不斷升高，大大降低了其性能，同時(shí)縮短了使用壽命。

MPCVD金剛石熱沉片

單晶金剛石材料具有目前所知的天然物質(zhì)中最高的熱導(dǎo)率，且工作溫度最高可達(dá)600℃以上，并具備化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、電器絕緣性好、介電常數(shù)小、熱膨脹系數(shù)與器件材料的膨脹系數(shù)基本相同、表面平滑性好等特性，是目前用作高功率密度的高端器件的散熱元件最理想的材料，可被應(yīng)用于5G芯片、激光二極管陣列、高速計(jì)算機(jī)CPU芯片多維集成電路、軍用大功率雷達(dá)微波行波管導(dǎo)熱支撐桿、GaN on diamond復(fù)合片、衛(wèi)星擴(kuò)熱板、微波集成電路基片、集成電路封裝自動(dòng)鍵合工具TAB等高技術(shù)領(lǐng)域。

冷陰極場(chǎng)發(fā)射顯示器

隨著“大腦袋”電視、顯示器（即傳統(tǒng)陰極射線管顯示器，簡(jiǎn)稱CRT）逐漸離開人們的視線，平板顯示器、電視迅速走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，成為日常生活必不可少的工具。現(xiàn)在市場(chǎng)上主流平板顯示器主要有兩種：一是等離子顯示器（PDP）,依靠高能量的電子束轟擊屏幕產(chǎn)生圖像，其缺點(diǎn)是工作電壓大、能耗高且制造成本高；二是液晶顯示器（LCD），依靠液晶材料對(duì)光線的偏光作用產(chǎn)生圖像，其缺點(diǎn)是顯示速度慢、能耗高、視角范圍小。

冷陰極場(chǎng)發(fā)射顯示器

       由于單晶金剛石材料在光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等方面表現(xiàn)出的優(yōu)異特性，采用單晶金剛石材料制作冷陰極場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）已成為各大屏幕生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。FED是一種自發(fā)光型平板顯示器，在繼承其他顯示器優(yōu)點(diǎn)的前提下，完美摒棄了其缺點(diǎn)。首先FED由數(shù)十萬(wàn)個(gè)冷發(fā)射子組成，在亮度、灰度、色彩、分辨率和響應(yīng)速度方面均表現(xiàn)優(yōu)異；其次，F(xiàn)ED顯示器核心部件的冷發(fā)射陰極到陽(yáng)極的距離僅為100μm，完全符合現(xiàn)在超薄顯示器發(fā)展規(guī)律；另外FED采用冷陰極電子源,具有功耗低、自發(fā)光、工作環(huán)境溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，工作電壓僅為1kV。隨著MPCVD生產(chǎn)金剛石材料的技術(shù)不斷成熟，F(xiàn)ED統(tǒng)領(lǐng)顯示器市場(chǎng)必將指日可待。
       金剛石以其優(yōu)異的性能在高端制造業(yè)如精密工具、耐磨零件、光學(xué)元件涂層、電子產(chǎn)品配件加工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。此外單晶金剛石不光是“工業(yè)牙齒”，還是“終極半導(dǎo)體”， 以金剛石為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體及器件是未來集成電路，信息時(shí)代發(fā)展的基礎(chǔ)，在生物檢測(cè)和醫(yī)療、平板顯示、環(huán)保工程、功能器件等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力。

基于此，2020年11月18-20日，由中國(guó)超硬材料網(wǎng)&DT新材料主辦的第五屆國(guó)際碳材料大會(huì)暨產(chǎn)業(yè)展覽會(huì)——金剛石論壇將在上?？鐕?guó)采購(gòu)會(huì)展中心拉開帷幕。屆時(shí)，金剛石論壇將設(shè)超寬禁帶半導(dǎo)體及功能器件分論壇，圍繞金剛石在半導(dǎo)體器件、5G通信、導(dǎo)熱散熱等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用為議題，邀請(qǐng)行業(yè)大咖、專家學(xué)者、企業(yè)代表探討交流，開啟金剛石半導(dǎo)體及功能器件應(yīng)用新時(shí)代。

超寬禁帶半導(dǎo)體及功能器件分論壇

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劉小雨 ：13837111415

李君瑤 ：15713673960