美对华实施出口新禁令:涉及EDA、氧化镓和金刚石材料等四项技术

传感器技术 2022-08-14 07:00


 

8月12日,美国商务部工业和安全局(BIS)在《联邦公报》中披露了一项新增的出口限制临时最终规则,涉及先进半导体、涡轮发动机等领域。

该禁令对具有GAAFET(环绕栅极场效应晶体管)结构的集成电路所必需的EDA/ECAD软件、以金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料、包括压力增益燃烧(PGC)在内的四项技术实施了新的出口管制。


GAAFET相关EDA软件

EDA/ECAD指的是用于设计、分析、优化和验证集成电路或印刷电路板性能的电子计算机辅助软件。早在8月3日,芯智讯就报道了“美国将对华断供GAAFET技术相关的EDA工具”的消息。此次禁令公布也进一步印证了该消息。

作为FinFET的继承者,GAAFET被认为是批量生产3nm及以下半导体制程工艺的关键技术。今年6月底,三星已宣布率先量产基于GAAFET技术的3nm工艺。而台积电目前正在量产的3nm仍然是基于FinFET技术,预计将会在2nm导入GAAFET技术。

也就是说,美国此次的禁令将限制可以被用于3nm及以下先进半导体制程工艺芯片设计的EDA软件的对华出口。此举将限制中国芯片设计厂商向3nm及以下先进制程的突破。

BIS目前还正在征求公众意见,以确定ECAD的哪些特定功能在设计砷化镓场效应晶体管电路时特别有用,以确保美国政府能够有效执行该法规。

氧化镓和金刚石

至于宽带隙半导体材料氧化镓(Ga2O3)和金刚石(包括碳化硅SiC):氮化镓和碳化硅是生产复杂微波、毫米波器件或高功率半导体器件的主要材料,有可能制造出更复杂的器件,能够承受更高的电压或温度。

目前,以碳化硅和氮化镓为代表的化合物半导体受到的关注度非常高高,它们在未来的大功率、高温、高压应用场合将发挥传统的硅器件无法实现的作用。特别是在未来三大新兴应用领域(汽车、5G和物联网)之一的汽车方面,会有非常广阔的发展前景。但是,氧化镓凭借其比碳化硅和氮化镓拥有更宽的禁带,使得该种化合物半导体在更高功率的应用方面具有独特优势。

氧化镓是一种宽禁带半导体,禁带宽度Eg=4.9eV,远超碳化硅(约3.4eV)、氮化镓(约3.3eV)和硅(1.1eV),其导电性能和发光特性良好,因此,其在光电子器件方面及大功率场景有广阔的应用前景。虽然,氧化镓迁移率和导热率低,特别是导热性能是其主要短板。不过,相对来说,这些缺点对功率器件的特性不会有太大的影响,这是因为功率器件的性能主要取决于击穿电场强度。


△Ga2O3的结晶形态主要有α、β、γ、δ、ε五种,其中,β结构最稳定,与Ga2O3的结晶生长及物性相关的研究报告大部分都使用β结构。β-Ga2O3的击穿电场强度约为8MV/cm,是Si的20多倍,相当于SiC及GaN的2倍以上。

相对于硅材料、氮化镓、碳化硅等,金刚石半导体材料的禁带宽度更是高达5.45 eV,最大优势在于更高的载流子迁移率(空穴:3800 cm2V-1s-1,电子:4500 cm 2V-1s-1) 、更高的击穿电场(>10 MVcm-1 )、更大的热导率( 22 WK-1cm-1),其本征材料优势是具有自然界最高的热导率以及最高的体材料迁移率,可以满足未来大功率、强电场和抗辐射等方面的需求,是制作功率半导体器件的理想材料。在智能电网、轨道交通等领域有着广阔的应用前景。

不过据北京科技大学新材料技术研究院教授李成明介绍,金刚石目前实现商业应用尚有较大距离。金刚石材料的高成本和小尺寸是制约金刚石功率电子学发展的主要障碍。举例而言,CVD 制备中掺氮的金刚石单晶薄片( 6 mm×7 mm) 的位错密度目前可低至400 cm-2 ; 但金刚石异质外延技术的晶圆达4~8 英寸时,位错密度仍高达近107 cm-2量级,高缺陷密度仍是一个挑战。

压力增益燃烧

压力增益燃烧(PGC)这项技术有可能将燃气涡轮发动机的效率提高10%以上,可能会影响航空航天、火箭和高超音速导弹系统。PGC技术利用各种物理现象,包括共振脉冲燃烧、定容燃烧和爆震,从而在燃烧室中产生有效压力,同时消耗相同的燃烧量。

BIS目前无法确认生产中的任何发动机是否使用该技术,但已经有大量研究指向潜在的生产。

来源:芯智讯


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