據路透(tou)社報道，美國(guo)周五對支持生產先(xian)進半(ban)導(dao)體和燃氣渦輪發(fa)動機的技術實施了新的出口管制，美國(guo)稱這(zhe)些(xie)技術對其國(guo)家安全至關重要。
美國(guo)商務部表示，此舉(ju)涵蓋的(de)“新興和基礎技(ji)術”包括氧化鎵和金剛石(shi)，因為“利用這(zhe)些材(cai)料的(de)設備顯著增加了軍事(shi)潛力”。
商(shang)務部(bu)工業和(he)(he)(he)安(an)(an)全部(bu)副部(bu)長(chang)艾倫·埃斯特維(wei)茲 (Alan Estevez) 表示(shi)：“允許(xu)半導(dao)體和(he)(he)(he)發動機等技(ji)術(shu)更快、更高效、更長(chang)時(shi)間和(he)(he)(he)更惡劣條件(jian)下運行的(de)(de)技(ji)術(shu)進步可(ke)能會改(gai)變商(shang)業和(he)(he)(he)軍事領(ling)域(yu)的(de)(de)游戲規則。” “當(dang)我們(men)認識到風險(xian)和(he)(he)(he)收益(yi)，并與我們(men)的(de)(de)國際(ji)合(he)作伙伴一起(qi)行動時(shi)，我們(men)可(ke)以確(que)保(bao)實現我們(men)共同的(de)(de)安(an)(an)全目標。”
這四(si)項技(ji)術(shu)是 42 個參(can)與國(guo)(guo)在 2021 年 12 月會議上達成(cheng)共識(shi)控制(zhi)的項目之一。美國(guo)(guo)的出口管制(zhi)涵蓋了比國(guo)(guo)際(ji)協議更廣泛的技(ji)術(shu)，包括用于生產(chan)半導體的額外設備、軟件(jian)和技(ji)術(shu)。
氧化鎵和(he)金剛石使半導體“能夠(gou)在更(geng)惡劣的(de)(de)條件(jian)下(xia)工作(zuo)，例如在更(geng)高的(de)(de)電壓或更(geng)高的(de)(de)溫(wen)度下(xia)。使用這些材料的(de)(de)設備顯著增加(jia)了(le)軍事潛(qian)力，”Commerce 說。
該(gai)部門表示(shi)，這些(xie)控制包括 ECAD，這是一(yi)種用于驗證集成電(dian)路或印刷電(dian)路板的軟件工(gong)具，“可(ke)以推進(jin)許(xu)多(duo)商業和軍事應用，包括國防和通信衛星”。
據美國商務部介紹，使用氧化鎵和金剛石這兩種超寬帶隙半導體制成的芯片可以(yi)在更惡劣的條件下工(gong)作，例如(ru)在更高(gao)的電壓或溫度下，使用(yong)它們的設備“顯著增加(jia)了軍事潛力”
至(zhi)于稱為(wei) ECAD 的電子(zi)計(ji)算機(ji)輔助設計(ji)軟(ruan)件則用(yong)(yong)于開發具(ju)(ju)有(you)全柵場效應晶體管或 GAAFET 結(jie)構的集(ji)成電路。軍事和(he)航空航天國防(fang)工業使(shi)用(yong)(yong) ECAD 軟(ruan)件來(lai)設計(ji)復雜的集(ji)成電路。GAAFET 是設計(ji)能夠實現“更(geng)快、更(geng)節(jie)能、更(geng)耐輻射(she)的集(ji)成電路”的技術的關(guan)鍵，這些(xie)集(ji)成電路具(ju)(ju)有(you)軍事用(yong)(yong)途，包括國防(fang)衛星
此(ci)外(wai)，可用于火箭和高(gao)超音速系統的增(zeng)壓燃(ran)燒(shao)（PGC）技術也納入(ru)了管制。
氧化鎵的關鍵優勢與突破
康奈爾(er)大學(xue)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)程師(shi)和材(cai)料科學(xue)家在他(ta)們的(de)(de)(de)實驗室設備(bei)套(tao)件中增加了(le)一種最(zui)先進的(de)(de)(de)工(gong)(gong)具，以幫助研究氧化鎵，這種材(cai)料通常被(bei)視為碳(tan)化硅和氮化鎵的(de)(de)(de)繼承者(zhe)，是許多電(dian)力電(dian)子應(ying)用的(de)(de)(de)首選半導體。
材(cai)(cai)料科學(xue)與工程助(zhu)理(li)研(yan)究教授哈里·奈(nai)爾(er)(Hari Nair)的(de)Duffield Hall實驗室于(yu)6月(yue)30日(ri)開始運行(xing)Agnitron Agilis 100金屬有(you)機化學(xue)氣相沉積(MOCVD)系統。它已經被(bei)專門校準，以創建氧化鎵薄膜(mo)，一種因其處理(li)高(gao)電(dian)壓、功率密(mi)度(du)和頻率的(de)能力而備受珍(zhen)視的(de)半導(dao)體材(cai)(cai)料。這(zhe)些特(te)性(xing)使(shi)其成(cheng)為電(dian)動汽(qi)車、可再生能源和5G通信等應用的(de)理(li)想材(cai)(cai)料。
Nair說:“氧化鎵的(de)另一個關鍵(jian)優勢是(shi)能(neng)夠從熔融形態(tai)生長出這(zhe)(zhe)種材料的(de)單晶，這(zhe)(zhe)將是(shi)擴大(da)基底(di)尺寸(cun)的(de)關鍵(jian)。”這(zhe)(zhe)種放大(da)能(neng)力對于工(gong)業上采用新半導(dao)體材料制造的(de)電子設備非常重要。”
鎵氧(yang)化物(wu)MOCVD系統通過在(zai)加熱的(de)單晶(jing)半導體(ti)襯底上噴涂金屬-有(you)機(ji)鎵前驅(qu)體(ti)來工作(zuo)。加熱會導致(zhi)前驅(qu)體(ti)分解，釋放出鎵原(yuan)子(zi)，然后鎵原(yuan)子(zi)與硅(gui)片表面(mian)的(de)氧(yang)原(yuan)子(zi)結(jie)合，形(xing)成(cheng)高質量的(de)氧(yang)化鎵晶(jing)體(ti)層。
MOCVD是生產化合物(wu)(wu)(wu)半導體外延薄膜的行(xing)業標準，如iii族砷化物(wu)(wu)(wu)、iii族磷化物(wu)(wu)(wu)和iii族氮化物(wu)(wu)(wu)，它們在光學和移動通信以及固(gu)態(tai)照(zhao)明等應用中發揮著重(zhong)要(yao)作(zuo)用。近五年來，MOCVD法生長的氧化鎵質量(liang)穩步提高。
Nair說:“有(you)了這個系(xi)統(tong)，我(wo)們(men)可以(yi)在(zai)直徑達(da)2英寸的基(ji)底上，在(zai)廣泛可調的氧(yang)化化學勢下生長薄膜。”“它還具有(you)非常高的基(ji)板溫度能力，我(wo)們(men)可以(yi)將基(ji)板加熱到1500攝氏(shi)度。襯(chen)底溫度越(yue)高，薄膜質(zhi)量越(yue)好，這是(shi)提高電子器件(jian)性(xing)能的關鍵。”
Nair計劃與AFRL-Cornell中心的外延(yan)解決方(fang)案和校園其他地方(fang)的研(yan)究人(ren)員合作，優化氧(yang)化鎵(jia)的MOCVD，這將(jiang)使材料更具有經濟吸引力，以尋求高精度，大(da)批(pi)量生產的制造商。
Nair說(shuo):“有必要(yao)使(shi)電力電子(zi)產品更(geng)緊湊、更(geng)高效。”“其中一(yi)(yi)個夢想是(shi)把(ba)一(yi)(yi)個小房子(zi)大小的(de)變電站縮小到手提箱大小。這種(zhong)創(chuang)新將是(shi)創(chuang)建智(zhi)能電網的(de)關鍵，而基于氧化鎵半導體的(de)電力電子(zi)產品是(shi)實現(xian)這一(yi)(yi)目標的(de)一(yi)(yi)個跳板。”
“氧化(hua)鎵(jia)提(ti)供的寬禁帶(dai)非常好(hao)，但(dan)如果不能在(zai)大(da)面積基片上生長，那么(me)從實用的角度(du)來看，它將是一個難(nan)題，”Nair說。“氧化(hua)鎵(jia)有很大(da)的發展前(qian)景，但(dan)我們還沒到那一步。”
