“芯片之母”遭殃！美國對中國封殺EDA：沒(méi)這么簡(jiǎn)單

當地時(shí)間8月12日，美國商務(wù)部工業(yè)和安全局（BIS）在《聯(lián)邦公報》中披露了一項新增的出口限制臨時(shí)最終規則，涉及先進(jìn)半導體、渦輪發(fā)動(dòng)機等領(lǐng)域。

該禁令對具有GAAFET（環(huán)繞柵極場(chǎng)效應晶體管）結構的集成電路所必需的EDA/ECAD軟件、以金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導體材料、包括壓力增益燃燒（PGC）在內的四項技術(shù)實(shí)施了新的出口管制。

GAAFET相關(guān)EDA軟件

EDA/ECAD指的是用于設計、分析、優(yōu)化和驗證集成電路或印刷電路板性能的電子計算機輔助軟件。早在8月3日，芯智訊就報道了“美國將對華斷供GAAFET技術(shù)相關(guān)的EDA工具”的消息。此次禁令公布也進(jìn)一步印證了該消息。

作為FinFET的繼承者，GAAFET被認為是批量生產(chǎn)3nm及以下半導體制程工藝的關(guān)鍵技術(shù)。

今年6月底，三星已宣布率先量產(chǎn)基于GAAFET技術(shù)的3nm工藝。而臺積電目前正在量產(chǎn)的3nm仍然是基于FinFET技術(shù)，預計將會(huì )在2nm導入GAAFET技術(shù)。

也就是說(shuō)，美國此次的禁令將限制可以被用于3nm及以下先進(jìn)半導體制程工藝芯片設計的EDA軟件的對華出口。此舉將限制中國芯片設計廠(chǎng)商向3nm及以下先進(jìn)制程的突破。

BIS目前還正在征求公眾意見(jiàn)，以確定ECAD的哪些特定功能在設計砷化鎵場(chǎng)效應晶體管電路時(shí)特別有用，以確保美國政府能夠有效執行該法規。

相關(guān)文章《傳美國將對華斷供GAA技術(shù)相關(guān)的EDA工具》

氧化鎵和金剛石

至于寬帶隙半導體材料氧化鎵（Ga2O3）和金剛石（包括碳化硅SiC）：氮化鎵和碳化硅是生產(chǎn)復雜微波、毫米波器件或高功率半導體器件的主要材料，有可能制造出更復雜的器件，能夠承受更高的電壓或溫度。

目前，以碳化硅和氮化鎵為代表的化合物半導體受到的關(guān)注度非常高高，它們在未來(lái)的大功率、高溫、高壓應用場(chǎng)合將發(fā)揮傳統的硅器件無(wú)法實(shí)現的作用。

特別是在未來(lái)三大新興應用領(lǐng)域(汽車(chē)、5G和物聯(lián)網(wǎng))之一的汽車(chē)方面，會(huì )有非常廣闊的發(fā)展前景。但是，氧化鎵憑借其比碳化硅和氮化鎵擁有更寬的禁帶，使得該種化合物半導體在更高功率的應用方面具有獨特優(yōu)勢。

氧化鎵是一種寬禁帶半導體，禁帶寬度Eg=4.9eV，遠超碳化硅(約3.4eV)、氮化鎵(約3.3eV)和硅(1.1eV)，其導電性能和發(fā)光特性良好，因此，其在光電子器件方面及大功率場(chǎng)景有廣闊的應用前景。

雖然氧化鎵遷移率和導熱率低，特別是導熱性能是其主要短板，不過(guò)相對來(lái)說(shuō)，這些缺點(diǎn)對功率器件的特性不會(huì )有太大的影響，這是因為功率器件的性能主要取決于擊穿電場(chǎng)強度。

△Ga2O3的結晶形態(tài)確認有α、β、γ、δ、ε五種，其中，β結構最穩定，當時(shí)，與Ga2O3的結晶生長(cháng)及物性相關(guān)的研究報告大部分都使用β結構。β-Ga2O3的擊穿電場(chǎng)強度約為8MV/cm，是Si的20多倍，相當于SiC及GaN的2倍以上。

相對于硅材料、氮化鎵、碳化硅等，金剛石半導體材料的禁帶寬度更是高達5.45 eV，最大優(yōu)勢在于更高的載流子遷移率(空穴:3800 cm2V-1s-1，電子:4500 cm 2V-1s-1) 、更高的擊穿電場(chǎng)(＞10 MVcm-1 )、更大的熱導率( 22 WK-1cm-1)。

其本征材料優(yōu)勢是具有自然界最高的熱導率以及最高的體材料遷移率，可以滿(mǎn)足未來(lái)大功率、強電場(chǎng)和抗輻射等方面的需求，是制作功率半導體器件的理想材料，在智能電網(wǎng)、軌道交通等領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。

不過(guò)據北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院教授李成明介紹，金剛石目前實(shí)現商業(yè)應用尚有較大距離。金剛石材料的高成本和小尺寸是制約金剛石功率電子學(xué)發(fā)展的主要障礙。

舉例而言，CVD 制備中摻氮的金剛石單晶薄片( 6 mm x 7 mm) 的位錯密度目前可低至400 cm-2 ; 但金剛石異質(zhì)外延技術(shù)的晶圓達4～8 英寸時(shí)，位錯密度仍高達近107 cm-2量級，高缺陷密度仍是一個(gè)挑戰。

壓力增益燃燒

壓力增益燃燒（PGC）這項技術(shù)有可能將燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機的效率提高10%以上，可能會(huì )影響航空航天、火箭和高超音速導彈系統。

PGC技術(shù)利用各種物理現象，包括共振脈沖燃燒、定容燃燒和爆震，從而在燃燒室中產(chǎn)生有效壓力，同時(shí)消耗相同的燃燒量。

BIS目前無(wú)法確認生產(chǎn)中的任何發(fā)動(dòng)機是否使用該技術(shù)，但已經(jīng)有大量研究指向潛在的生產(chǎn)。