拥3-5族化合物半导体创新量产技术 JUSUNG开创新市场

Semiconductor Equipment R&D Zone。JUSUNG

3-5族化合物半导体技术，将改变半导体、太阳能、显示器市场的格局。开发及制造半导体、太阳能、显示器等核心设备的JUSUNG Engineering，总经理黄喆周（Chul Joo, Hwang）日前全球首次展示了无论下层基板的种类和制程温度，皆可形成 Transistor Channel的3-5族化合物半导体制程量产技术，并提出了克服矽基板制程微细化极限的替代方案，已经在半导体市场掀起风暴。JUSUNG计划将应用3-5族化合物技术的次时代ALG（原子层沉积）设备投入半导体量产制程，并将该技术扩大应用于太阳能、显示器等业务，以创造新市场。据悉，已有多家企业积极要求进行技术合作。

当前全球半导体产业随着半导体超微细化竞争的加剧，Tech-Migration正迅速进行中。半导体产业中的Tech-Migration指的是在8寸、12寸晶圆等有限的空间内建造更多半导体芯片的技术。也就是说，在半导体产业的初期，若在一片硅片上只能建造一个芯片，随着不断缩小电路线宽，在相同面积的晶圆上可以建造2个、4个、8个、16个等更多的芯片，从而提高生产力和收益。

为了在有限的晶圆上不断建造更多的芯片，线宽已经缩小到纳米级别。然而，在硅片上的Tech-Migration已经成为无法显着提高生产力和收益的技术难题。此外，目前半导体 Transistor Channel仍只能在矽基板上形成，作为矽的替代品，各种基板仍在持续进行研究。

JUSUNG致力于研发的3-5族化合物半导体，是一种克服上述问题的创新技术，预计将为未来的半导体产业以及太阳能、显示器产业提供崭新方向。

3-5族化合物半导体是利用结合元素周期表中第3族和第5族的元素来代替矽，其物质特性使得即使不经过额外的制程微细化，也能提高电子和空穴的移动速度，最大限度地实现其功能。

相较于矽半导体，其电子移动率（Electron Mobility）为1,400㎠/V.s，空穴移动率（Hole Mobility）为600㎠/V.s，而3-5族化合物GaN半导体的电子移动率为2,000㎠/V.s， 电洞移动率为2,000㎠/V.s，与传统的矽半导体相比，电子与电洞移动速度显着提升，能大幅减少功耗和发热量。

JUSUNG表示，「现有的3-5族化合物半导体必须在1000度以上的高温下，并且需要下层结构和材料的高品质支持才能实现，但因为含有较高的碳含量，导致晶体缺陷多且薄膜厚度较厚。JUSUNG通过克服这些技术限制的设备和制程技术创新，使得在400度以下低温无论下层材料种类如何，都能无缺陷地让薄膜生长。」

JUSUNG 技术人员补充说明，「3-5族化合物可以在低温下实现技术，因此即使进行堆叠，电路也不会熔化。通过ALG设备来沉积3-5族化合物，并能重复地向上堆叠。此外，不仅仅在传统的单晶硅片上，还可以在其他基板上无缺陷地生长，实现了生产效率的提升和成本创新」 。3-5族化合物由于其物质特性，电子移动速度更快，被认为可以实现比矽更优秀的半导体效能。

该技术不仅限于半导体，还可以应用于太阳能和显示器产业。太阳能技术是基于半导体技术将光能转换为电能，而显示器技术是基于半导体技术将电能转换为光能，因此应用3-5族化合物技术可以在各种产业中产生超出预期的效果。

随着3-5族化合物新制程的商用化，预计高效率太阳能电池产业将会迎来重大变革。利用3-5族化合物半导体可以将太阳能发电效率提高到45%左右，并且能在需要高效能太阳能电池的太空飞行器、卫星等航天技术中作为重要的能源。然而，目前航天工业使用的3-5族化合物基于高温制程，生产成本高，难以商用。JUSUNG的创新技术克服了这些技术限制，将量产成本降低至原来的三十分之一，并实现了超过35%的发电转换效率，预计可以替代全球30%以上的能源。

此外，3-5族化合物的ALG薄膜生长不含Carbon成分，因此即使在10nm以下的厚度，也能在大面积玻璃基板等上以低温沉积，实现次时代无机发光显示技术的创新。特别是能够用玻璃基板取代高价的蓝宝石晶圆，不仅大幅降低生产成本，还能实现比现有技术更小的微米（㎛）级像素，加速未来显示市场的发展。

JUSUNG Engineering推出的3-5族化合物半导体设备和制程据悉能直接应用于现有制程，许多企业对此表现出高度关注，并纷纷要求技术合作。

半导体创新技术的学术界专家评价
 
韩国许多学术界的专家们纷纷表态，JUSUNG开发的3-5族化合物半导体创新技术，将成为突破现有制造制程极限的「Game Changer」。

现任韩国首尔大学材料工学部荣誉教授，前任首尔大学半导体共同研究所所长黄哲成进一步表示，「JUSUNG最近开发的3-5族化合物半导体量产技术被评价为实现3D积层器件制作所需的关键技术，也是突破既有材料及制程领域常识的划时代技术。在450度以下的制程温度下，无需后续热制程
，不仅可以在矽基板上，还可以在非晶基板上成功实现薄膜生长，预计未来将为克服存储器和逻辑半导体器件的Scaling极限提供重要的里程碑。」

现任韩国汉阳大学融合电子工学部名誉教授，同时也是现任韩国半导体显示技术学会会长朴载根表示，「JUSUNG此次推出的3-5族化合物半导体技术能够克服先端DRAM及逻辑器件、Micro LED的整合度及制造制程极限，我认为这是一项将成为发挥『Game Changer』作用的创新技术。首先，在DRAM领域，我认为这项技术是能够克服Scaling-down技术极限的Game Changer，并且通过应用新概念的III-V族化合物半导体晶体管，可以实现3D积层型DRAM。」

现任成均馆大学电子电气工学部教授，也是前任电气电子材料学会会长与前任韩国新能源学会会长的李准信教授进一步评价：「JUSUNG开发的3-5族化合物半导体技术是一项能够以低成本大规模量产高效、高输出发电源的关键技术。若该技术未来应用于超高效太阳能电池的量产，将带来世界性的技术变革。特别是该技术若应用于太阳能电池量产，不仅可以在矽基板上，也可以在玻璃基板或陶瓷等低成本基板上实现外延生长。这是一项至今世界上任何国家都未能实现的极限技术，预计将来会成为解决未来能源安全问题和实现碳中和的重要关键技术。」

作为能够克服逻辑器件Scaling-down技术极限的Game Changer，该技术通过实现3D积层Logic Device整合化，能够为2nm以下级别的逻辑器件整合化所面临的高技术难度和高制程成本提供新的解决方案。

该技术还可以扩展到次时代显示技术领域，未来有望成为Micro-LED显示器的Game Changer。特别是通过应用玻璃基板上的绿色、蓝色、红色LED制造技术，实现无转印方式的Micro-LED显示器，这不仅能提高晶体管的效能，还可以大幅改善既有转印方式技术所带来的高生产成本，从而加速未来显示器市场的开花结果。

关于 JUSUNG Engineering

成立于1993年的JUSUNG Engineering，是在半导体、显示器和太阳能核心前段制程设备领域中，实现韩国设备产业全球化的公司。在1990年代初，尽管韩国的尖端半导体元件迅速成长，但所有的半导体核心前段制程设备仍完全依赖于海外进口。JUSUNG凭藉自主技术成功开发了半导体沉积设备及其零组件，这项技术不仅取代了进口技术，还实现了海外出口，引领了全球化。

JUSUNG通过与主要客户如半导体元件企业、显示器面板企业及主要合作夥伴的创新技术开发，创造了共同成长的模式，不仅协助韩国在半导体和显示器领域中创造竞争力，并奠定了促进韩国设备产业发展的基础。

截至2024年第1季度，JUSUNG的全体员工中约有67%从事研发工作，拥有24项世界首创技术，累计专利数量达到了约3,130件以上。此外，公司每年将销售额的15-20%不断投入到创新中，从而确保技术竞争力，并建立了中长期可持续成长的基础。