又要学习新知识了:GAAFET、氧化镓与PGC

又要学习新知识了:GAAFET、氧化镓与PGC
2022年08月15日 07:48 锦缎研究院

消息大家都看到了,美国又限制出口了好几样关键技术。都起来学习新知识。

首先我们来看看。它们分别是:

GAAFET,超宽禁带半导体材料两姐妹氧化镓和金刚石,PGC技术。

PGC这个燃气涡轮技术不是半导体技术,洒家也不懂,不敢乱说,让懂行的人来点评,我们讲另外两个。

比如GAAFET和超宽禁带半导体材料。

GAAFET,GAA是Gate All Around的缩写 ,FET是场效应晶体管的意思,合起来的意思叫“环绕栅极场效应晶体管”,不知道为什么财联社换了个叫法变成“全栅场效应晶体管”,不管它了,反正都差不多。

GAA和过去MOSFET和FinFET晶体管不太一样,它大概长这样。

Planar FET就是传统平面型MOSFET 28nm以上的工艺的晶体管大部分都长这样,FinFET叫鳍式栅晶体管,和平面型不同之处是它立体结构,20nm以下工艺比如16/14nm,10nm,7nm,5nm一般都用这个,因此20nm工艺是平面型和立体型的分界点,一般产业界也认为是成熟和先进制程的分界点。

到3nm开始FinFET的密度提升也有限了,会逐渐转到GAA这种环绕栅极的结构上,其中三星工艺路线上的GAA略不同,叫MBCFET。因此GAA们算下一代高端晶体管技术。

按照台积电,三星等公布的信息,大约在2025年前后,GAA商业化的产品将会面世,届时我们可能会在手机芯片或者PC电脑的CPU里,或者服务里的核心计算单元看到它们的身影。

就目前而言,台积电,三星都还在加紧研发工艺平台还没出来,当然国内短期内还没有这么牛的设计公司已经饥渴的要上GAA了技术了。

这次美国出口管制名单里包含GAAFET的ECAD,ECAD大致意思是用于验证集成电路或者PCB的软件工具,简单理解也算是EDA软件的一种,那美国用意很明显了,GAAFET属于核心高端技术,不允许随便出口。

尽管BIS没有提到中国,但是大家都知道,我们现在属于被列为管控国家之一,只要被列入目录,出口就一定会被限制。

GAAFET的ECAD被限制出口这条来看,显然短期来看几乎没啥影响,当然长期会有影响,但这肯定是好几年以后的事。但是国内有不要脸的自媒体为了流量,给了一个很博眼球标题:刚刚,美国宣布断供EDA。

好家伙,看标题还以为是要全面断供,三大EDA要集体退出中国市场了,而且这篇文章居然有10w+阅读量。

真的是为了流量节操都不要了。

而正直的半导体行业人士张国斌同志直言,这种假新闻是制造恐慌!

内容来着张国斌公众号

真的是离谱他妈给离谱开门,离谱到家了。

算了算了,人家有本事搞流量生意,那是人家的事,我们还是本着科普精神,扯几句专业的话题。关于芯片设计,晶体管模型,以及前后端设计,FAB的模拟仿真平台的事,我以自问自答形态科普,能看懂最好看不懂评论区讨论谢谢,再不济刁钻问题扔我大群里,等大佬们亲自现场教学。

问题1:数字设计工程师在做电路设计的时候会考虑晶体管是MOSFET,还是FinFET,还是GAA吗?

答案是前端设计一般不太会考虑,但是做后端设计的时候要考虑。

问题2:每家fab的晶体管技术一样吗?

答案是当然不一样!同样的14nmFinFET而言,台积电,三星,还是瓷砖厂全都不一样,因此晶体管在电压,电流,漏电,频率,密度,寄生电容参数等等方面完全不一样。几Fin?几cut?CPP,MP,SDB,DDB,一大堆东西。

问题3:芯片设计公司换一个厂流片会遇到什么问题?

答案是对于芯片公司去流片之前,会从每家晶圆工厂资料库中下载PDK工具包,模拟芯片基本都用这个,而数字芯片都用standcell工具包,在晶圆工厂提供的各种晶体管模型上进行设计,验证,以及仿真计算。

每家晶圆工厂所提供的晶体管数值,模型,各种参数都不一样,因此当设计准备在某一家流片的时候,就要开始用人家的PDK工具包进行设计开发工作,一旦完成是没办法更改的,换厂那就是后端设计从头来过,特别是模拟电路,迁移难度不是一般的大,数字芯片稍微容易一些,所以换厂的成本还挺高的。

问题4:GAA的ECAD不给中国用会有什么实际后果?

答案:诺干年后,国内出现了一批更牛逼的设计公司,他们设计一款非常复杂的芯片,代码全写好了,此时准备用EDA软件,让代码生成版图的时候,这时候问题来了,不好意思中国公司不能用,不给你用设计工具,也不让你模型和仿真软件,啥都没有。

问题5:能不用吗?或者换国产的试试?

数字代码生产是非常依赖工具的准确性,除非国产软件的准确性超越三大EDA,不然跑出来的结果,工程师直接原地爆炸。

问题6:有没有用D版的可能?毕竟是软件么,总有破解的办法对吧?

试试就逝世,我看“刑”,有“判”头。

A股能炒谁?三大国产EDA华大九天,广立微和德玛西亚电子要不下周再看看?再关注关注?

GAA和ECAD讲完了,再来讲讲另外两位新来的,氧化镓和金刚石,他们有个看起来非常拉风的名字叫“超宽禁带半导体材料”,国内也叫第四代半导体材料。

之前炒的火热碳化硅和氮化镓叫宽禁带半导体材料,也叫第三代半导体材料,这超宽禁带,顾名思义,有着更大禁带宽度(Eg)。

4H晶型的碳化硅的Eg大约是3.2电子伏特(eV),氮化镓是3.34eV,远远超过硅的1.12eV,以及第二代半导体材料砷化镓的1.43eV,因此叫宽禁带半导体材料。

碳化硅和氮化镓,凭借更高的禁带宽度,更强的击穿电场,更强的耐压水平,在高功率半导体,以及射频和光电领域高歌猛进,关于碳化硅的报告太多了,有兴趣自己去翻券商报告,比如民生电子的方竞,又专业,又通俗,洒家经常拜读。

氧化镓和金刚石,有着更夸张的禁带宽度,β-氧化镓是4.9eV,而金刚石更高,达到了5.45eV,因此她俩叫超宽禁带半导体材料,这名字就这么来的。

其实还有另外一种比她俩Eg更大的叫氮化铝,AlN,禁带宽度高达6.1eV,不知道为什么老美居然没提?然后想了想忽然明白过来,氮化铝方面中国和日本比较强,老美水平不行,禁个屁啊

洒家手上是杭州奥趋光电的2英寸氮化铝外延片。

根据步日欣日总的研究,国内做氧化镓的有以下这些企业,目前来看也仅仅几个初创公司和科研院所为主。

氧化镓看起来是非常有前途的材料,比如耐压高,且晶体生长类似蓝宝石,具有大规模高效量产的可能,技术成熟后成本会比碳化硅低不少;但是实际中也发现了,比如掺杂不好做,热导率太差,欧姆接触不好做之类的问题,因此目前还仅仅是实验室研究阶段为主,离商业化出产品还早呢。

国内杭州富加镓业这家公司,有个22%持股的股东叫杭州嘉繁科技合伙企业(有限合伙),穿透后发现新湖中宝间接持有约17%的股份,点到为止。

至于金刚石,确实优点一大堆:更高的载流子迁移率、更高的击穿电场,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,优异的电学特性承载了人类将金刚石称为终极半导体的巨大期望,所以有人说它是终极半导体材料,但是目前这东西要商用化,光一条P型掺杂就卡的死死,短期内还无法突破。

所以金刚石目前只能是当一些衬底材料用,以它为基础,在上面长异质外延层,然后再做成器件,比如金刚石基的氮化镓,因为散热能力实在太强了。基本上金刚石的作用和山东天岳做的的半绝缘型碳化硅同理,主要作为衬底材料用。

不过有人说是不是买黄河旋风那种票,我看一下发现还不是一会事,做半导体级金刚石衬底材料和做人造钻石的金刚石不是一会事。

当然了,A股么,啥都有可能发生……

至于美国限制技术出口,我其实都觉得纳闷了,这玩意儿也就实验室水平,离产业化还有十万八千里,有必要搞的这么紧张吗?

然后我就发现良苦用心:“禁你,为了提醒你的不足之处啊。”

好了新来的都介绍完了。有时候我总觉得美国也挺不容易的,为了提高广大股民的科学素养,不惜余力,挖空心思的给你科普各种新概念,新知识,大周末的都不放过各位。原来,都是用各种各样的方法提醒我们的不足,用心之良苦,我被感动到哭。 (陈启 启哥有何妙计

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