《5G通信技术关键材料发展研究》探讨了5G通信技术的发展背景及其对关键材料性能的需求,以及全球各国在此领域的研发动态。5G技术作为新一代基础生产力,各国纷纷将其视为国家战略,投入大量资源进行技术研发和网络部署。文章指出,中国在5G网络建设和架构设计上领先,但在关键上游材料领域仍有提升空间。
5G通信技术对材料性能有三大基本要求:大规模集成化、高频化和高频谱效率。大规模集成化意味着在单一芯片上集成更多晶体管,以充分利用不同频段的通信资源,提高数据传输速率和系统容量。这需要原材料在设计、制造过程中满足大规模集成的需求,例如大尺寸晶圆和优化的器件结构。
高频化是5G技术的另一核心需求,由于3GHz以下频段已饱和,5G通信依赖3GHz以上直至毫米波段。高频电磁波虽能提供高速度,但也面临路径损耗和能量消耗问题。因此,需要功率半导体芯片具备高效的信号放大和接收能力,这要求金属—氧化物—半导体(MOS)栅极材料具有高介电常数和低损耗,以及源极和漏极材料能快速响应。
高频谱效率是5G技术应对增强型移动互联网、物联网设备互联和垂直行业应用的关键。为了实现高速度和低延迟,5G器件材料需要具备高速性能,能够在单位时间内和单位频谱宽度内传输大量数据,基站的峰值频谱效率目标至少为20Gb/s。
文章还概述了全球各国在5G技术材料研发上的进展。美国、欧盟、日本、韩国等都设立了专门的项目和联盟,如美国的“下一代功率电子技术国家制造业创新中心”,欧盟的METIS和5G PPP项目,日本的“2020 and Beyond AdHoc”项目,以及韩国的5G Forum,这些项目专注于关键功率电子技术、封装技术和5G产业链的构建。
总的来说,5G通信技术的发展不仅依赖于网络架构的创新,更依赖于新材料的研发。各国的竞争表明,掌握关键材料技术将是决定5G竞争力的关键。中国虽然在网络建设上领先,但仍需在关键材料领域加强研发投入,以确保在全球5G竞赛中保持领先地位。