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芯片困局 掣肘中國

2020年5月16日，美國商務部工業與安全局（BIS）突然宣布，將全面限制華為購買采用美國軟件和技術生產的半導體，包括美國以外被列入管制清單的生產設備，在為華為和海思生產代工前，都要獲得美國允許。
8月，美國商務部又進一步收緊了對華為獲取美國技術的限制，并將華為在全球21個國家的38家子公司列入了“實體名單”。9月15日起，凡使用美國企業的設備、軟件和設計生產的半導體公司（先前的技術限定標準是25%，去年12月降至10%，現在變成了0），未經美國政府批準不得向華為供貨。

這意味著，使用美國任何技術的芯片企業都不能與華為有任何形式的合作，也不能賣芯片給華為，徹底切斷了華為從外界尋求代工制造到成品芯片購買的所有途徑。

禁令之下，臺積電、英特爾、高通、聯發科、美光等芯片大廠都相繼宣布，9月15日后將無法繼續為華為供貨。據韓國媒體9月9日報道，三星和SK海力士兩大存儲芯片巨頭將于9月15日起停止向華為出售零部件。同時，三星電子旗下的三星顯示器及LG顯示器預計將從9月15日起停止向華為的高端智能手機供應面板。
       很多人問，華為乃至中國就不能完全不用美國技術去自己制造芯片嗎？答案顯然是不能。高端芯片是一個長期燒錢，知識產權壁壘、產業壁壘、專利壁壘都很高的產業，非一日之功就能突破。
       而結合半導體行業特性，隨著新材料的推陳出新，第三代半導體材料金剛石在半導體芯片行業的應用也越來越廣泛，有可能產生推動中國半導體芯片產業的發展的重要科技創新。

       芯片襯底

       自20世紀50年代開始，以硅(Si)、鍺(Ge)為主的第一代半導體材料使用至今已有70余年，時至今日，仍有95%以上的半導體器件和99%以上的集成電路由硅材料制作，但因硅自身的物理性質缺陷，限制了其在高頻功率器件上的應用。而以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為代表的第二代半導體材料雖然在二十世紀末風靡一時，但因其價格昂貴，且具有毒性，使得其應用受到很大的局限性。現如今，以金剛石、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為主的具有超寬帶隙特性的第三代半導體材料已成為國際競爭的熱點。
       作為第三代半導體材料中的佼佼者，金剛石材料具備高熱導率、高擊穿電場、高載流子遷移率、高載流子飽和速率和低介電常數等優異的特性，滿足現代電子技術對高溫、高壓、高功率、高頻率以及抗輻射等惡劣條件的要求，已是業界公認的“終極半導體材料”。
       芯片散熱材料——熱沉

       隨著科學的發展和技術裝備的提升，激光二極管列陣等大功率高密度器件已被越來越多地應用于集成電路之中，但受限于普通材料的散熱性能，導致溫度不斷升高，大大降低了其性能，同時縮短了使用壽命。

MPCVD金剛石熱沉片

單晶金剛石材料具有目前所知的天然物質中最高的熱導率，且工作溫度最高可達600℃以上，并具備化學性質穩定、電器絕緣性好、介電常數小、熱膨脹系數與器件材料的膨脹系數基本相同、表面平滑性好等特性，是目前用作高功率密度的高端器件的散熱元件最理想的材料，可被應用于5G芯片、激光二極管陣列、高速計算機CPU芯片多維集成電路、軍用大功率雷達微波行波管導熱支撐桿、GaN on diamond復合片、衛星擴熱板、微波集成電路基片、集成電路封裝自動鍵合工具TAB等高技術領域。

冷陰極場發射顯示器

隨著“大腦袋”電視、顯示器（即傳統陰極射線管顯示器，簡稱CRT）逐漸離開人們的視線，平板顯示器、電視迅速走進了千家萬戶，成為日常生活必不可少的工具。現在市場上主流平板顯示器主要有兩種：一是等離子顯示器（PDP）,依靠高能量的電子束轟擊屏幕產生圖像，其缺點是工作電壓大、能耗高且制造成本高；二是液晶顯示器（LCD），依靠液晶材料對光線的偏光作用產生圖像，其缺點是顯示速度慢、能耗高、視角范圍小。

冷陰極場發射顯示器

       由于單晶金剛石材料在光學、力學、熱學、電學等方面表現出的優異特性，采用單晶金剛石材料制作冷陰極場發射顯示器（FED）已成為各大屏幕生產企業研發的重點。FED是一種自發光型平板顯示器，在繼承其他顯示器優點的前提下，完美摒棄了其缺點。首先FED由數十萬個冷發射子組成，在亮度、灰度、色彩、分辨率和響應速度方面均表現優異；其次，FED顯示器核心部件的冷發射陰極到陽極的距離僅為100μm，完全符合現在超薄顯示器發展規律；另外FED采用冷陰極電子源,具有功耗低、自發光、工作環境溫度范圍寬等優點，工作電壓僅為1kV。隨著MPCVD生產金剛石材料的技術不斷成熟，FED統領顯示器市場必將指日可待。
       金剛石以其優異的性能在高端制造業如精密工具、耐磨零件、光學元件涂層、電子產品配件加工等領域有廣泛應用。此外單晶金剛石不光是“工業牙齒”，還是“終極半導體”， 以金剛石為代表的第三代寬禁帶半導體及器件是未來集成電路，信息時代發展的基礎，在生物檢測和醫療、平板顯示、環保工程、功能器件等多個高新技術領域都有巨大的應用潛力。

基于此，2020年11月18-20日，由中國超硬材料網&DT新材料主辦的第五屆國際碳材料大會暨產業展覽會——金剛石論壇將在上海跨國采購會展中心拉開帷幕。屆時，金剛石論壇將設超寬禁帶半導體及功能器件分論壇，圍繞金剛石在半導體器件、5G通信、導熱散熱等領域的創新應用為議題，邀請行業大咖、專家學者、企業代表探討交流，開啟金剛石半導體及功能器件應用新時代。

超寬禁帶半導體及功能器件分論壇

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