下一代半导体:一路向宽,一路向窄

随着以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体步入产业化阶段,对新一代半导体材料的探讨已经进入大众视野。走向产业化的锑化物,以及国内外高度关注的氧化镓、金刚石、氮化铝镓等,都被视为新一代半导体材料的重要方向。从带隙宽度来看,锑化物属于窄带半导体,而氧化镓、金刚石、氮化铝属于超宽禁带半导体。新一代半导体材料,将一路向宽,还是一路向窄?

超宽禁带半导体:

“上天入海”,适用范围广泛

禁带的宽度决定了电子跃迁的难度,是半导体的导电性的决定因素之一。禁带越宽,半导体材料越接近绝缘体,器件稳定性越强,因而超宽禁带半导体能应用于高温、高功率、高频率以及较耐辐照等特殊环境。

“硅器件工作温度范围相对有限,而超宽禁带半导体可谓‘上天下海’,适应范围非常宽广。”中国科学院半导体研究所研究员闫建昌向《中国电子报》记者表示。

在光电子领域,超宽禁带半导体在紫外发光、紫外探测有着广阔的应用空间。基于氮化铝镓等超宽禁带半导体的紫外发光二极管和紫外激光二极管应用于杀菌消毒等医疗卫生领域,特定波长的紫外线能帮助人体补钙。在工业上,超宽禁带可用于制造大功率的紫外光源。

在超宽禁带半导体中,氮化铝镓(氮化铝和氮化镓的合金材料)、氧化镓、金刚石是较有代表性的几个方向。

与氧化镓、金刚石等禁带宽度相对固定的材料不同,氮化铝镓的禁带宽度可以在一定范围内调节,是一种灵活的半导体材料。

“通过调节铝的组份,氮化铝镓可以实现不同的禁带宽度,范围在氮化镓的3.4 eV到氮化铝的6 eV之间。通过合适的比例,可以获得特定的禁带宽度,发射相应波长的紫外线,这是一个有趣也有用的属性。”闫建昌表示。

在制备技术方面,氮化铝镓已经具备了一定的积累。

“氮化镓和氮化铝外延制备的主流方法是MOCVD(金属有机物化学气相沉积),在工艺、设备等产业环节已经有了二三十年的积累。氮化铝镓作为氮化镓、氮化铝的合金材料,在外延制备上与两者有很多相通之处,产业化已经开始起步,预计在接下来的3—5年,会具备规模化量产的水准。”闫建昌向记者指出。

氧化镓相比宽禁带半导体具有更高的能量转换效率。目前,氧化镓材料制备水平进展较快,但是外延、器件方面还有很多工作要做。

“氧化镓的禁带宽度比氮化镓、碳化硅等更宽,功率可以做得更高,也更加省电。氧化镓的制备条件比较苛刻,目前外延材料以2-3寸的小尺寸为主,量产和应用还有一段路要走。” 西安电子科技大学郭辉副教授向《中国电子报》记者表示。

闫建昌指出,散热能力不足是氧化镓的弊端,如何绕开这个弊端的话,去充分发挥它在功率器件的优势,是值得关注的发展方向。

金刚石被视为“终极半导体”材料,具有超宽禁带、高导热系数、高硬度的特点。但也由于硬度最高,实现半导体级别的高纯净度也最为困难,与产品化、产业化还有相当的距离。

“金刚石难以实现半导体级别的制备和掺杂,但我们可以利用类金刚石或者金刚石颗粒去改善半导体器件的散热,把金刚石自身的优势和长处先发挥出来。”闫建昌说。

窄禁带半导体:

继续拓展光谱范围,集中应用在红外光

与超宽禁带半导体相反,锑化物等窄禁带半导体具有高迁移率、导电性强的特点,应用领域也集中在红外线,与超宽禁带应用的紫外线正好分布在光谱两端。可以说,超宽禁带和窄禁带半导体拓展了人类对光谱的利用范围。

在光电子领域,锑化物材料体系有希望成为未来红外成像系统的主要材料体系。据中科院半导体研究所教授牛智川介绍,传统红外光电材料由于均匀性不足、基片面积小、良率极低等瓶颈,难以实现大阵列、双色、多色焦平面以及甚远红外焦平面的制造。

“锑化物在具有高性能的前提下,带隙调控适用范围更广、成本更低、制造规模更大,锑化镓基半导体外延材料技术已经成长为红外光电器件制造的主流。”牛智川向《中国电子报》记者表示。

在微电子领域,锑化物半导体具有超过前三代半导体体系的超高速迁移率,在发展超低功耗超高速微电子集成电路器件方面潜力重大。

在热电器件领域,含锑元素的各类晶体材料具有优良的热电和制冷效应,是长期以来热电制冷器件领域的重要技术方向,具有广阔的应用前景。

在制备方面,锑化物窄带隙半导体与砷化镓、磷化铟等III-V族体系的结构特性、制备工艺类似或兼容,因此不存在量产技术的障碍,其制备成本主要受单晶衬底晶圆面积、外延材料量产容量、工艺集成技术良率的制约。

“随着功能器件需求放大,基于锑化物的激光器和探测器制造已经在量产方面获得了充分的验证,在光电子功能的各类应用领域制造规模逐步扩大,已经具备量产条件。”牛智川指出。

下一代半导体:

越走越“宽”还是越“窄”?

新一代半导体材料是产业变革的基石。从以硅为代表的第一代半导体材料,以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料,以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料,半导体器件的工作范围和适用场景不断拓展,为信息社会的发展提供有力支撑。

半导体代表性材料进阶图 下图

那么,真正具有技术前景的新一代半导体材料,应该具备哪些要素?

牛智川表示,评估半导体材料的发展前景时,应注重两个指标。

一是能否发展出高可控性的量产制备技术,这是判断新体系材料是否具有长期发展前景的必要前提。在面向实际应用发展的初期阶段,必须评估规模化生产平台的可行性,包括大型制造设备等,并通过小试和中试工程化考验,检验产品良率和器件性能的稳定性。

其次是技术迭代链条是否完善,这是市场化成败的必要考量。半导体技术迭代链条包括所有技术环节所需的相关支撑条件是否具备可靠来源,市场周期的波动率,用户对产品需求性价比,以及对比竞品材料的优劣等。

在具备产业化前景的基础上,该如何发挥材料自身的性质,使之转化为产业发展的动力并释放市场价值?

闫建昌表示,每一种材料都有自身的优势和局限性,要充分发挥或者挖掘其有利因素,以扬长避短。曾经业界认为氮化镓材料缺陷密度太高,不可能用来发光,但氮化镓的一些特殊机制能够绕开缺陷密度的问题,并基于自身的硬度和化学稳定性等优势弥补纯净度的不足,赢得了发展空间。

“无论氮化铝镓、氧化镓还是金刚石,在器件和产业发展上还有很大的空间。发展的基础取决于材料本身和材料制备水平,要实现更低的缺陷密度,把材料的优势和潜力充分发掘出来,这是未来超宽禁带技术和产业发展的基础。”闫建昌说。

郭辉表示,新材料的上量有一个过程,要考虑综合效益,找寻市场地位。

“在微电子领域,超宽禁带半导体主要用于功率半导体,既要考虑材料本身的制备成本和功率器件本身的成本,也要考虑器件用在系统内的成本。通过综合效益寻找市场空间,形成市场竞争力。”郭辉说。

牛智川表示,要在扎实做好实验室技术开发研究基础上,深入理解材料物性优化的基本技术方法、路径,全方位建立基础物理化学性质数据,形成从设计到器件功能实现的最佳迭代模式。在此基础上,建设中试平台,集中考验实现高良率工程化制造的技术流程、方案和规范。后续增加用户定制要求,逐步完善器件的特定功能的量产制造技术、提高迭代效率,与市场深度融合。#财经##微博股票##今日看盘##财经头条##投资##财经头条文章#

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国家统计局:9月份PMI为49.6%,19个月来首次降至临界点以下。9月份,非制造业商务活动指数为53.2%,高于上月5.7个百分点,升至临界点以上,非制造业景气水平快速回升。
  
一、中国制造业采购经理指数运行情况
  9月份,中国制造业采购经理指数(PMI)为49.6%,低于上月0.5个百分点,降至临界点以下,制造业景气水平有所回落。

  从企业规模看,大型企业PMI为50.4%,比上月微升0.1个百分点,继续高于临界点;中型企业PMI为49.7%,比上月下降1.5个百分点,低于临界点;小型企业PMI为47.5%,比上月下降0.7个百分点,低于临界点。从分类指数看,在构成制造业PMI的5个分类指数中,生产指数、新订单指数、原材料库存指数、从业人员指数和供应商配送时间指数均低于临界点。
  
生产指数为49.5%,比上月下降1.4个百分点,低于临界点,表明制造业生产放缓。新订单指数为49.3%,比上月下降0.3个百分点,低于临界点,表明制造业市场需求有所下降。原材料库存指数为48.2%,虽比上月上升0.5个百分点,但仍低于临界点,表明制造业主要原材料库存量降幅收窄。从业人员指数为49.0%,比上月下降0.6个百分点,低于临界点,表明制造业企业用工景气度有所下降。供应商配送时间指数为48.1%,虽比上月回升0.1个百分点,但仍低于临界点,表明制造业原材料供应商交货时间继续延长。

  
二、中国非制造业采购经理指数运行情况
  9月份,非制造业商务活动指数为53.2%,高于上月5.7个百分点,升至临界点以上,非制造业景气水平快速回升。分行业看,建筑业商务活动指数为57.5%,低于上月3.0个百分点。服务业商务活动指数为52.4%,高于上月7.2个百分点。从行业情况看,铁路运输、航空运输、住宿、电信广播电视及卫星传输服务等行业商务活动指数位于60.0%以上高位景气区间;资本市场服务、房地产等行业商务活动指数低于临界点。

  新订单指数为49.0%,比上月回升6.8个百分点,低于临界点,表明非制造业市场需求下降幅度收窄。分行业看,建筑业新订单指数为49.3%,比上月下降2.1个百分点;服务业新订单指数为49.0%,比上月上升8.5个百分点。投入品价格指数为53.5%,比上月上升2.2个百分点,高于临界点,表明非制造业企业用于经营活动的投入品价格总体水平继续上升。分行业看,建筑业投入品价格指数为62.8%,比上月上升7.5个百分点;服务业投入品价格指数为51.8%,比上月上升1.3个百分点。
  
销售价格指数为50.5%,比上月上升1.2个百分点,高于临界点,表明非制造业销售价格总体水平有所上涨。分行业看,建筑业销售价格指数为55.8%,比上月上升2.2个百分点;服务业销售价格指数为49.6%,比上月回升1.1个百分点。从业人员指数为47.8%,高于上月0.8个百分点,表明非制造业企业用工景气度有所改善。分行业看,建筑业从业人员指数为52.6%,比上月上升2.0个百分点;服务业从业人员指数为46.9%,比上月回升0.5个百分点。
业务活动预期指数为59.1%,比上月上升1.7个百分点,位于较高景气区间,表明非制造业企业对近期市场发展信心较强。分行业看,建筑业业务活动预期指数为60.1%,比上月上升1.7个百分点;服务业业务活动预期指数为58.9%,比上月上升1.6个百分点。

三、中国综合PMI产出指数运行情况
  9月份,综合PMI产出指数为51.7%,比上月上升2.8个百分点,表明我国企业生产经营活动总体较上月有所加快。
  
  1.主要指标解释
  采购经理指数(PMI),是通过对企业采购经理的月度调查结果统计汇总、编制而成的指数,它涵盖了企业采购、生产、流通等各个环节,包括制造业和非制造业领域,是国际上通用的监测宏观经济走势的先行性指数之一,具有较强的预测、预警作用。综合PMI产出指数是PMI指标体系中反映当期全行业(制造业和非制造业)产出变化情况的综合指数。PMI高于50%时,反映经济总体较上月扩张;低于50%,则反映经济总体较上月收缩。
  2.调查范围
  涉及《国民经济行业分类》(GB/T4754-2017)中制造业的31个行业大类,3000家调查样本;非制造业的43个行业大类,4200家调查样本。
  3.调查方法
  采购经理调查采用PPS(Probability Proportional to Size)抽样方法,以制造业或非制造业行业大类为层,行业样本量按其增加值占全部制造业或非制造业增加值的比重分配,层内样本使用与企业主营业务收入成比例的概率抽取。
  本调查由国家统计局直属调查队具体组织实施,利用国家统计联网直报系统对企业采购经理进行月度问卷调查。
  4.计算方法
  (1)分类指数的计算方法。制造业采购经理调查指标体系包括生产、新订单、新出口订单、在手订单、产成品库存、采购量、进口、主要原材料购进价格、出厂价格、原材料库存、从业人员、供应商配送时间、生产经营活动预期等13个分类指数。非制造业采购经理调查指标体系包括商务活动、新订单、新出口订单、在手订单、存货、投入品价格、销售价格、从业人员、供应商配送时间、业务活动预期等10个分类指数。分类指数采用扩散指数计算方法,即正向回答的企业个数百分比加上回答不变的百分比的一半。由于非制造业没有合成指数,国际上通常用商务活动指数反映非制造业经济发展的总体变化情况。
  (2)制造业PMI指数的计算方法。制造业PMI是由5个扩散指数(分类指数)加权计算而成。5个分类指数及其权数是依据其对经济的先行影响程度确定的。具体包括:新订单指数,权数为30%;生产指数,权数为25%;从业人员指数,权数为20%;供应商配送时间指数,权数为15%;原材料库存指数,权数为10%。其中,供应商配送时间指数为逆指数,在合成制造业PMI指数时进行反向运算。
  (3)综合PMI产出指数的计算方法。综合PMI产出指数由制造业生产指数与非制造业商务活动指数加权求和而成,权数分别为制造业和非制造业占GDP的比重。
  5.季节调整
  采购经理调查是一项月度调查,受季节因素影响,数据波动较大。现发布的指数均为季节调整后的数据。
9月份制造业采购经理指数有所回落
非制造业商务活动指数和综合PMI产出指数回升至扩张区间

——国家统计局服务业调查中心高级统计师赵庆河解读2021年9月中国采购经理指数

2021年9月30日国家统计局服务业调查中心和中国物流与采购联合会发布了中国采购经理指数。对此,国家统计局服务业调查中心高级统计师赵庆河进行了解读。

9月份,制造业采购经理指数为49.6%,低于上月0.5个百分点,降至临界点以下;非制造业商务活动指数和综合PMI产出指数分别为53.2%和51.7%,高于上月5.7和2.8个百分点,重回扩张区间。
一、制造业采购经理指数有所回落
9月份,受高耗能行业景气水平较低等因素影响,制造业PMI降至临界点以下,但从景气面看,在调查的21个行业中,有12个高于临界点,比上月增加2个,制造业多数行业较上月有所扩张。本月主要特点:

一是供需两端放缓。生产指数和新订单指数分别为49.5%和49.3%,比上月下降1.4和0.3个百分点,均为年内低点,其中新订单指数连续两个月位于收缩区间,反映制造业生产活动和市场需求总体放缓。从行业情况看,石油煤炭及其他燃料加工、化学纤维及橡胶塑料制品、黑色金属冶炼及压延加工等高耗能行业两个指数均低于45.0%,显示供需明显回落。

二是价格指数双双上升。主要原材料购进价格指数和出厂价格指数分别为63.5%和56.4%,高于上月2.2和3.0个百分点,均升至近4个月高点。从主要原材料购进价格指数看,全部调查行业均高于临界点,企业采购成本普遍上升,其中石油煤炭及其他燃料加工、化学原料及化学制品、非金属矿物制品等行业均位于69.0%及以上高位区间,表明原材料采购价格涨幅较大。从出厂价格指数看,黑色金属冶炼及压延加工业升至70.0%以上高位区间,反映相关产品销售价格上涨较快。

三是新动能引领作用突出。高技术制造业PMI为54.0%,高于上月0.3个百分点,其中生产指数、新订单指数和生产经营活动预期指数分别为56.3%、54.6%和60.1%,高于制造业总体6.8、5.3和3.7个百分点,显示行业供需扩张较快、企业对市场发展信心较强,高技术制造业延续良好发展态势。

四是大型企业保持扩张,中小型企业有所回落。大型企业PMI为50.4%,微高于上月0.1个百分点,持续位于景气区间,大型企业运行总体稳定。中、小型企业PMI分别为49.7%和47.5%,低于上月1.5和0.7个百分点。调查结果显示,小型企业中反映原材料成本高、资金紧张、市场需求不足的比重均超过四成,部分小型企业生产经营面临多重困难。

二、非制造业商务活动指数重回扩张区间
9月份,非制造业商务活动指数为53.2%,高于上月5.7个百分点,升至临界点以上,非制造业景气水平快速回升。

服务业恢复明显。服务业商务活动指数为52.4%,高于上月7.2个百分点,重返景气区间。服务业景气面改善,调查的21个行业中,商务活动指数位于扩张区间的行业从上月的7个增加至16个,其中上月受疫情冲击较为严重的铁路运输、航空运输、住宿、餐饮、生态保护及环境治理等行业商务活动指数均大幅回升至临界点以上,业务总量呈现出较为明显的恢复性增长。同时,资本市场服务和房地产等行业商务活动指数低于临界点,景气度有所下降。从市场预期看,企业对近期服务业市场恢复保持乐观,业务活动预期指数为58.9%,高于上月1.6个百分点,其中铁路运输、航空运输、邮政快递等行业均高于65.0%。

建筑业增长较快。建筑业商务活动指数为57.5%,低于上月3.0个百分点,仍位于较高景气区间,反映建筑业生产保持较快增长。从用工情况和市场预期看,从业人员指数和业务活动预期指数分别为52.6%和60.1%,高于上月2.0和1.7个百分点,表明建筑业企业用工量继续增加,对近期行业发展持续看好。

三、综合PMI产出指数升至荣枯线以上
9月份,综合PMI产出指数为51.7%,高于上月2.8个百分点,表明我国企业生产经营活动总体较上月有所加快。构成综合PMI产出指数的制造业生产指数和非制造业商务活动指数分别为49.5%和53.2%。

罗里吧嗦一大堆,意思就是:制造业下滑、非制造业、服务和消费行业占比上升。就算中国是全球制造业的老大,也抵御不了全球疫情和通货膨胀所带来的危机,制造业盈利水平下降,都在艰难保命。

从现在开始,国家应该下大决心,大幅淘汰落后产能、高耗能、利润微薄的制造业企业,它们是影响碳中和、碳达峰最关键一环。这些企业,投入成本大 、产出低、效益差,砍了不可惜!大力扶持金融和科技创新型企业的发展,尤其是在大数据、云计算、区块链、AI人工智能等新兴领域的龙头企业,3-5年后它们就会创造出不可估量的价值,并且带来许多新的就业岗位。另外中国还必须发展服务业,主要是给金融和科技配套用的,也是由中国消费者庞大的数量决定了的,虽然消费水平很低 。 https://t.cn/z8ACdkg


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