半導体は情報化時代の礎石であり、材料の進化のたびに人類の技術の限界を再定義してきました。第一世代のシリコンベース半導体から今日の第四世代の超ワイドバンドギャップ材料に至るまで、あらゆる進化の飛躍は、通信、エネルギー、そしてコンピューティングの分野における革新的な進歩を牽引してきました。既存の半導体材料の特性と世代遷移のロジックを分析することで、第五世代半導体の潜在的な方向性を予測し、この競争の激しい分野における中国の戦略的進路を探ることができます。
I. 4つの半導体世代の特徴と進化論
第一世代半導体：シリコンゲルマニウム基盤時代
特性: シリコン (Si) やゲルマニウム (Ge) などの元素半導体は、コスト効率が高く、製造プロセスが成熟していますが、バンドギャップが狭い (Si: 1.12 eV、Ge: 0.67 eV) ため、電圧許容範囲と高周波性能が制限されます。
用途: 集積回路、太陽電池、低電圧/低周波デバイス。
遷移の原動力: オプトエレクトロニクスにおける高周波/高温性能に対する需要の高まりがシリコンの能力を上回りました。
第二世代半導体：III-V族化合物の革命
特性: ガリウムヒ素 (GaAs) やインジウムリン (InP) などの III-V 化合物は、RF およびフォトニック アプリケーション向けのより広いバンドギャップ (GaAs: 1.42 eV) と高い電子移動度を特徴としています。
用途: 5G RF デバイス、レーザー ダイオード、衛星通信。
課題: 材料の不足 (インジウムの存在率: 0.001%)、有毒元素 (ヒ素)、高い生産コスト。
移行の原動力: エネルギー/電力アプリケーションでは、より高い破壊電圧を備えた材料が求められました。
第三世代半導体：ワイドバンドギャップエネルギー革命
特性: シリコンカーバイド (SiC) と窒化ガリウム (GaN) は、3eV を超えるバンドギャップ (SiC:3.2eV、GaN:3.4eV) を備え、優れた熱伝導性と高周波特性を備えています。
用途: EV パワートレイン、PV インバーター、5G インフラストラクチャ。
利点: シリコンに比べて 50% 以上のエネルギー節約と 70% のサイズ削減。
移行の原動力: AI/量子コンピューティングには、極めて高度なパフォーマンス メトリックを備えた材料が必要です。
第4世代半導体：超ワイドバンドギャップフロンティア
特徴: 酸化ガリウム (Ga₂O₃) とダイヤモンド (C) は、最大 4.8eV のバンドギャップを実現し、超低オン抵抗と kV クラスの電圧許容度を兼ね備えています。
用途: 超高電圧 IC、深紫外線検出器、量子通信。
ブレークスルー: Ga₂O₃ デバイスは 8kV を超える電圧に耐え、SiC の効率を 3 倍にします。
進化論: 物理的な限界を克服するには、量子スケールのパフォーマンスの飛躍が必要です。
I. 第5世代半導体のトレンド：量子材料と2Dアーキテクチャ
潜在的な開発ベクトルには次のものがあります:
1. トポロジカル絶縁体: バルク絶縁を備えた表面伝導により、ゼロ損失の電子機器が可能になります。
2. 2D 材料: グラフェン/MoS₂ は、THz 周波数応答と柔軟な電子機器との互換性を提供します。
3. 量子ドットとフォトニック結晶: バンドギャップエンジニアリングにより光電子熱統合が可能になります。
4. バイオ半導体: DNA/タンパク質ベースの自己組織化材料は生物学とエレクトロニクスの架け橋となります。
5. 主な推進要因: AI、脳コンピューターインターフェース、室温超伝導の需要。
II. 中国の半導体ビジネスチャンス：追随者からリーダーへ
1. 技術革新
• 第3世代：8インチSiC基板の量産、BYD車向け車載グレードSiC MOSFET
• 第4世代：XUPTとCETC46による8インチGa₂O₃エピタキシーのブレークスルー
2. 政策支援
• 第14次5カ年計画では第3世代半導体を優先
• 省レベルの1000億元規模の産業基金を設立
• 6～8インチのGaNデバイスとGa₂O₃トランジスタが2024年のトップ10の技術進歩にランクイン
III. 課題と戦略的解決策
1. 技術的なボトルネック
• 結晶成長：大口径ブールの収率が低い（例：Ga₂O₃の割れ）
• 信頼性基準:高電力/高周波老化試験のための確立されたプロトコルの欠如
2. サプライチェーンのギャップ
• 設備：SiC結晶成長装置の国内調達率は20%未満
• 採用：輸入部品の下流での優先
3. 戦略的経路
• 産学連携：「第三世代半導体アライアンス」をモデルに
• ニッチフォーカス：量子通信/新エネルギー市場を優先
• 人材育成：「チップサイエンス＆エンジニアリング」学術プログラムの設立
シリコンからGa₂O₃に至るまで、半導体の進化は人類が物理的限界を克服してきた軌跡を物語っています。中国にとってのチャンスは、第4世代材料を習得しつつ、第5世代のイノベーションを開拓することにあります。楊徳仁院士は、「真のイノベーションには、未踏の道を切り開くことが必要である」と述べています。政策、資本、そして技術の相乗効果が、中国の半導体の運命を決定づけるでしょう。
XKHは、複数の技術世代にわたる先端半導体材料に特化した垂直統合型ソリューションプロバイダーとして成長しました。結晶成長、精密加工、機能性コーティング技術をコアコンピタンスとするXKHは、パワーエレクトロニクス、RF通信、オプトエレクトロニクスシステムなどの最先端アプリケーション向けに、高性能基板およびエピタキシャルウェーハを提供しています。当社の製造エコシステムは、業界をリードする欠陥制御を備えた4～8インチの炭化ケイ素および窒化ガリウムウェーハを製造するための独自のプロセスを網羅するとともに、酸化ガリウムやダイヤモンド半導体などの新興超ワイドバンドギャップ材料の研究開発プログラムを積極的に推進しています。主要な研究機関や装置メーカーとの戦略的提携を通じて、XKHは、標準製品の量産とカスタマイズされた材料ソリューションの専門開発の両方をサポートできる柔軟な生産プラットフォームを開発しました。XKHの技術的専門知識は、パワーデバイスのウェーハ均一性の向上、RFアプリケーションにおける熱管理の強化、次世代フォトニックデバイス向けの新しいヘテロ構造の開発など、業界の重要な課題の解決に重点を置いています。 XKH は、高度な材料科学と精密エンジニアリング能力を組み合わせることで、顧客が高周波、高電力、極限環境アプリケーションにおけるパフォーマンスの限界を克服できるようにし、同時に国内半導体産業のサプライチェーンの独立性向上に向けた移行をサポートします。
XKHの12インチサファイアウエハーと12インチSiC基板は以下の通りです。
投稿日時: 2025年6月6日