5G,6G通讯时代强劲来袭,“金刚石”蓄势待发!

    2020-01-14 11:08:46 次阅读

    在这个高速变化的世界里,环境在变,行业在变,连我们自己也时刻变化,整个世界无不充满着各种变化和不确定性。对于通讯信息时代,同样如此。面对各种无法控制的变化,金刚石行业如何去拥抱变化,如何在变化中抓住机遇,迎接挑战,找到新的发展之路?

    10月31日,这一见证历史的时刻,5G通讯时代正式到来!在北京“中国国际信息通信展览会”上,中国三大运营商和工信部同台举行了中国的5G商用启动仪式,同时推出了5G商用套餐,意味着我国正式进入了5G商用时代。

    11月6日,科技部官网发布消息——

       为促进我国移动通信产业发展和科技创新,推动第六代移动通信(6G)技术研发工作,2019年11月3日,科技部会同发展改革委、教育部、工业和信息化部、中科院、自然科学基金委在北京组织召开6G技术研发工作启动会。

    这意味着,中国的6G研发,正式启动!

    是的!你没有看错:是6G!5G正在扑面而来,尚未全民普及之际,6G又强劲来袭!!这一消息重磅来袭,全民激情讨论,热血沸腾!

    中国科技部6G的研发,让世界上更多国家彻底无眠!这一刻,意味着我国在移动通信这一关键科技领域又迈进一步重棋!再次惊叹!中国科技发展进步简直神速!!真的很想说,中国人民真的太智慧,太专业了!

    科技与生活

    5G时代已到来,雨你无瓜?

    那么5G将给我们的生活带来什么影响,换手机、换卡、换号么?

    一个字:快!5G重要特征之一,既是速度可稳定维持在2Gbps以上!

    更重要的是5G网络具备毫秒级时延和超高密度连接特性,可以适应未来各种高新技术的发展,比如物联网、VR/AR、无人驾驶等技术。随着5G的普及,智能手机市场将大幅扩大,加上自动驾驶汽车、物联网(IoT)、数据中心等产业的快速发展,将大大带动半导体市场的增长。

    6G更是与众不同!

    以网络覆盖为例,像车联网、远程医疗这类的应用需要的是一个几乎无盲点的全覆盖网络。在这一点上,5G还无法做到一蹴而就,需要在6G时代得到补充和完善。已有专家提出,6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。通过将卫星通信整合到6G移动通信,实现全球无缝覆盖,网络信号能够抵达任何一个偏远的乡村,让深处山区的病人能接受远程医疗,让孩子们能接受远程教育。此外,在全球卫星定位系统、电信卫星系统、地球图像卫星系统和6G地面网络的联动支持下,地空全覆盖网络还能帮助人类预测天气、快速应对自然灾害等。

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    科技通讯时代为新材料提供广阔应用前景

    5G技术的快速发展为新材料应用于通讯领域提供了广阔的前景,也带来的新一轮科技创新周期。对全产业链器件原材料、基站天线、小微基站、通信网络设备、光纤光缆、光模块、系统集成与服务商、运营商等造成积极的影响。

    随着电子技术快速发展,半导体材料不断更新换代的同时,集成电路也向着大规模、高集成、大功率、小尺寸方向不断深入提高,这势必会造成电子元器件过热;如何在高频率下做到更低损耗、更小尺寸、更好导热、更加集成成为5G天线材料的一大挑战。另外电磁波引起的电磁干扰和电磁兼容问题;5G对手机外壳的信号传输能力也提出更高的要求……这将对新材料提出更高的要求,宽禁带半导体材料、导热材料、电磁屏蔽材料、高频覆铜板基材、先进封装、微波介质等新材料将成为5G时代的迫切需求。

    金刚石在5G时代创新应用

    近日,《产业结构调整指导目录(2019年本)》修订发布,功能性人造金刚石、高档数控机床配套的磨料磨具产业被纳入鼓励类,金刚石名副其实。

    《产业结构调整指导目录(2019年本,征求意见稿)》于今年4月上旬到5月上旬,通过网络公开征求了社会公众意见,在征求意见稿中,鼓励类产业并无相关超硬材料、磨料磨具产业。在行业与社会各界人士的共同努力争取下,功能性人造金刚石材料、精密研磨及抛光用陶瓷材料、高档数控机床配套的磨料磨具产业最终被采纳吸收列入目录2019鼓励类。

    作为新材料的代表,金刚石集众多亮点于一身:除了珠宝首饰的收藏价值,还具有以其优异的力学性能在高端制造业如精密工具、耐磨零件、切削工具、光学元件涂层、电子产品配件加工等领域的应用价值。

    如果你认为金刚石只能靠硬度打打杂的话,那下面的事实就可能让你大跌眼镜了:

    以金刚石为代表的第三代宽禁带半导体材料及器件是未来集成电路的基础,引领着信息时代的发展,并且在生物检测和医疗、平板显示、环保工程、功能器件等多个高新技术领域都有巨大的应用潜力。下面我们来看看金刚石作为新材料有哪些应用。

    导热散热

    金刚石具有禁带宽度大、硬度和热导率极高、电子饱和漂移速度高、耐高温、耐腐蚀、抗辐照等优异性能,在高压和高效功率电子、高频和大功率微电子、深紫外光电子等领域都有着极其重要的应用前景。金刚石具有目前所知的天然物质中最高的热导率(2200W/(m·K )),比碳化硅(SiC)大4倍,比硅(Si)大13倍,比砷化稼(GaAs)大43倍,是铜和银的4~5倍,目前金刚石导热散热复合材料大有可为。

    目前大功率、高电流密度是IGBT芯片的发展趋势,这势必会造成电子元器件过热。研究数据表明,芯片表面温度达到70~80℃时,温度每增加1℃,芯片可靠性下降5%,超过55%的电子设备的失效形式是由温度过高引起的。

    要解决散热问题,除了采用更高效的冷却技术外,研制出热导率大于400W/(m·K)且膨胀系数与半导体材料相匹配的新型轻质电子封装材料迫在眉睫。

    作为第四类封装材料,金属基复合材料被寄予厚望,目前金刚石/Cu复合材料和金刚石/Al复合材料是研究的重点和热点。以金刚石/Cu复合材料为例,确定铜基体与金刚石颗粒大小、晶型后,选择适当的制备工艺是决定复合材料是否成功获得优良热性能与理想界面组织的重要因素。

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    另外,在电子元器件材料表面沉积纳米金刚石薄膜,可以大大缩小原来元件中用于散热的部件尺寸,这不仅解决了导热问题,而且也提供了制作超大规模集成电路的可能。膜层对导体也起到了绝缘保护的作用,避免了元件之间的相互干扰。

    同时, CVD金刚石是一种性能优异的高温、宽带隙半导体材料,其电子和空穴载流子迁移速度极高。CVD金刚石半导体其工作最高温度可达到600℃以上,这是金刚石材料被定格的终极应用。材料学家预测,CVD半导体器件的问世是电子技术的一场革命。

    半导体器件

    近年来,对于以金刚石、氧化镓、氮化铝、氮化硼等为代表的超宽禁带半导体材料(禁带宽度>4.5eV)的研究和应用,不断地获得着技术突破。这类半导体材料具有更高的禁带宽度、热导率以及材料稳定性,在新一代深紫外光电器件、高压大功率电子器件等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力,目前正成为国际竞争的新热点。

    金刚石可以作为有源器件材料制作场效应管、功率开关等器件,也能作为无源器件材料制成肖特基二极管。由于金刚石具有很高的热导率和极高的电荷迁移率,其制成的半导体器件在高频、高功率、高电压等恶劣环境中具有巨大的应用前景。国外在金刚石功率电子器件制作方面也取得了一些研究进展,在关键性能指标上实现了一些提升。

    随着金刚石半导体技术的不断发展,未来必将突破n型掺杂技术、大尺寸高质量单晶制备及高平整度、高均匀性材料外延技术等瓶颈问题,实现更高功率性能的金刚石电子器件。金刚石半导体器件比硅芯片更薄,基于金刚石的电子产品很可能成为高能效电子产品的行业标准,将对一些高新行业产生显著影响,包括更快的超级计算机、先进的雷达和电信系统、超高效混合动力汽车、极端环境中的电子设备以及下一代航空航天电子设备等。

    光学应用

    金刚石膜是一种优质的表面材料,具有红外增透特性,是一种良好的可以作为红外窗口的减反射膜材料。此外,金刚石的高导热、耐磨等特性,也可以很好地保护红外窗口免受外界冲击。因此,在红外窗口表面镀金刚石膜,完美解决了军工航天领域对红外窗口应用的各种问题。因此,金刚石在导弹红外视窗、光学数据存储的新型金刚石透镜、隐身材料等领域具有广泛的应用。

    检测器和传感器

    金刚石在检测与传感领域也发挥着巨大作用,例如,利用带有氮空位中心的单晶金刚石可以研发微型磁力计并通过磁场的强度和方向进行传感;利用金刚石的惰性和掺硼传导能力来生产高度可逆的电化学传感器;利用两极电化学电池中的掺硼金刚石替代腐蚀性液体,减少有害化学品,实现环保型电池的生产……

    场发射显示器

    场发射显示器(Field Emission Display,FED)是一种新型自发光平板显示器。金刚石有比较低的逸出功,电子较容易通过表面势垒而成为场发射的电子,这是作为场发射阴极最重要的条件。此外,金刚石膜还具有一系列优异的性能,如硬度极高、导热性极佳、光透性好、化学性能稳定等,这些都是场发射阴极的有利条件。因此,用sp3含量较高的类金刚石膜并掺N、H等元素后做冷阴极成为当今研究热点之一,金刚石制备的显示器将成为“明日之星”。

    电子信息行业与精密加工

    在电子信息领域中,超硬材料切割工具主要用于电子元件用晶体材料加工、IC(集成电路)封装材料切断加工、光电子元件模块的光学部件加工、视听显示器件模块部件的加工等。随着科学技术的进步,IC集成度越来越高,功能模块化设计推陈出新,相应的加工工序对超硬材料工具的要求也越来越高,同时也促进了电子信息领域用超硬材料切割工具的发展。

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    精密加工是衡量一个国家制造技术水平高低的重要标志,是现代高技术产业发展的基础。超硬材料广泛应用在汽车、空调压缩机、轴承、半导体、5G手机背板、石油钻进以及生物医疗等领域的精密加工中。超高速磨削CBN砂轮,PCD/PCBN超硬刀具,金刚石超薄砂轮等超硬制品在汽车发动机,空调压缩机的活塞、气缸以及半导体芯片等精密加工中发挥着极重要的作用。超硬材料已大量应用在汽车行业的精密加工中,加工技术成熟。汽车发动机活塞、缸体、缸盖,汽车轮毂,变速箱齿轮,壳体,曲轴和凸轮轴等已广泛使用超硬材料进行加工,汽车领域的超高速磨削基本以CBN砂轮为主。

    电化学应用

    CVD金刚石的电绝缘、宽禁带、抗幅射以及特有的电负性特点,使它在核反应、高能粒子加速器的探测器应用获得成功。同时,具有高灵敏度的CVD金刚石放射性探测器在肿瘤的治疗、放射性污染检测和处理中做出了很好的贡献。由于其具有非常宽的电化学窗口(>3V)和极好的化学惰性,掺杂的CVD金刚石电化学电极已经开始在环境保护领域如有害污染检测和污水处理中得到应用。

    2019,5G正式开启!导热、散热将是个巨大挑战!对新材料、新工艺要求也更加苛刻。金刚石作为新材料的代表,在导热散热、半导体功能器件、培育钻石、精密加工、光学窗口等领域的重要日益凸显,在5G时代,金刚石材料该如何立足当下,与时俱进?如何抓住机遇与迎接挑战?如何突破应用难点?未来发展趋势又如何?

    Carbontech2019金刚石论坛将针对5G时代下金刚石行业如何创新突破进行讨论,从解决市场发展趋势、工艺设备、导热散热、创新应用等金刚石行业存在的痛点出发,旨在为行业提供优质的解决方案,促进行业繁荣发展。

    更多精彩报告等待您的参与!行业顶级大咖,企业代表与您交流金刚石在当今时代最新科研成果;

    同时同期举行“金刚石导热散热复合材料的开发及应用展望”与“培育钻石珠宝市场发展现状及展望”主题workshop系列活动哦!

    Carbontech 2019在此诚挚邀请金刚石产业链相关人才与企业共同参与,共同促进金刚石行业快速繁荣发展!!!

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