瞻觀前沿

包括晶體管在內的電子元件的小型化已進入停滯狀態(tài)，這給半導體的生產帶來了障礙。盡管如此，由香港城市大學(CityUHK)材料科學專家領導的一組研究人員推出了一種新方法，利用混合維度晶體管的半導體技術突破性方法。這項創(chuàng)新為更高效、高性能的電子產品鋪平了道路，克服了傳統(tǒng)縮小尺寸的挑戰(zhàn)，并突顯了向先進多功能集成電路的重大飛躍。這一突破使得芯片電路設計變得更加容易，并促進未來靈活且節(jié)能的電子設備的發(fā)展。

多值邏輯 (MVL) 已成為克服不斷增加的功耗的一項有前途的技術。它通過大大減少晶體管元件及其互連的數量，超越了傳統(tǒng)二進制邏輯系統(tǒng)的限制，從而實現了更高的信息密度和更低的功耗。人們致力于構建各種多值邏輯器件，包括反雙極晶體管(AAT)。

反雙極性器件是一類晶體管，其中正(空穴)和負(電子)電荷載流子可以在半導體溝道內同時傳輸。然而，現有的基于AAT的器件主要利用2D或有機材料，這對于大規(guī)模半導體器件集成來說不穩(wěn)定。此外，它們的頻率特性和能源效率也很少被探索。

為了解決這些限制，由香港城市大學協(xié)理副校長(企業(yè))兼材料科學與工程學系副系主任Johnny Ho教授領導的研究團隊開始研究開發(fā)具有更高信息量的基于抗雙極性器件的電路密度和互連較少，并探討它們的頻率特性。該團隊創(chuàng)建了一種先進的化學氣相沉積技術來創(chuàng)建一種新型的混合維度異質晶體管，該晶體管結合了高質量 GaAsSb 納米線和 MoS 2納米片的獨特性能。

新型反雙極晶體管具有卓越的性能。由于混合維GaAsSb/MoS 2結的強界面耦合和能帶結構排列特性，異質晶體管具有突出的跨導翻轉的抗雙極性傳輸特性。跨導的翻轉使響應輸入模擬電路信號的頻率加倍，與 CMOS 技術中的傳統(tǒng)倍頻器相比，大大減少了所需的器件數量。香港城市大學Johnny Ho教授表示：我們的混合維反雙極晶體管可以同時實現多值邏輯電路和倍頻器，這使其成為反雙極晶體管應用領域的首創(chuàng)。

Johnny Ho教授說：我們的研究結果表明，混合維度反雙極性器件使芯片電路設計能夠具有高信息存儲密度和信息處理能力。 到目前為止，半導體行業(yè)的大多數研究人員都專注于器件小型化，以保持摩爾定律的運行。但反雙極性器件的出現顯示了現有基于二進制邏輯的技術的相對優(yōu)勢。這項研究開發(fā)的技術代表著向下一代多功能集成電路和電信技術邁出了一大步。該研究還為進一步簡化復雜的集成電路設計以提高性能提供了可能性。

圖片來源：Johnny Ho 教授的研究小組/香港城市大學

技術價值觀察

半導體產業(yè)鏈具體包括上游半導體原材料與設備供應、中游半導體產品制造和下游應用。其中，半導體材料處于上游供應環(huán)節(jié)，材料品類繁多，按制造流程可細分為前端制造材料和后端封裝材料。半導體設備，即在芯片制造和封測流程中應用到的設備，廣義上也包括生產半導體原材料所需的機器設備。在整個芯片制造和封測過程中，會經過上千道加工工序，涉及到的設備種類大體有九大類，細分又可以劃出百種不同的機臺，占比較大市場份額的主要有：光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備、離子注入機、測試機、分選機、探針臺等。半導體產業(yè)下游應用領域包括網絡通信、計算機、消費電子、工業(yè)控制、汽車電子等。

晶體管是一種半導體材料，科學專家開發(fā)出混合維度晶體管，使得芯片電路設計變得更加容易。因此，從半導體產業(yè)鏈上看，該技術處于產業(yè)鏈的中游環(huán)節(jié)。

宏觀市場觀察

——全球半導體行業(yè)經歷了三次遷移

自發(fā)展以來，全球半導體產業(yè)格局在不斷發(fā)生變化。當前，全球半導體產業(yè)正在經歷第三次產能轉移，行業(yè)需求中心和產能中心逐步向中國大陸轉移。

——全球半導體行業(yè)規(guī)模

2017-2021年全球半導體行業(yè)市場規(guī)模波動變化，2019年存儲芯片市場下滑嚴重導致全球半導體市場規(guī)模出現下降，2020年以來恢復增長。根據美國半導體產業(yè)協(xié)會(SIA)發(fā)布數據，2021年達到5559億美元，較2020年增長26%。

——全球半導體設備市場規(guī)模

隨著全球半導體市場的繁榮發(fā)展，半導體設備需求也在增長。2021年全球半導體設備市場規(guī)模達到1030億美元，較2020年增長42.24%。SEMI預測，2022年全球半導體設備市場規(guī)模將達到1180億美元。

——晶圓制造設備占據主流

2021年全球半導體設備市場中，晶圓制造設備市場規(guī)模占比超過85%，而封裝和測試設備市場規(guī)模占比均在7%左右。

——全球半導體材料規(guī)模區(qū)域分布

從需求來看，根據國際半導體產業(yè)協(xié)會(SEMI)的數據，2021年全球半導體材料主要分布在亞洲、北美和歐洲地區(qū)。2021年中國半導體材料市場總規(guī)模為266.4億美元(中國大陸+中國臺灣)，占世界總規(guī)模超過40%，成為世界第一大半導體材料消費國，韓國、日本緊隨其后。

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標簽： 晶體管 半導體 全球 隨筆