“芯片之母”遭殃！美國對中國封殺EDA：沒這么簡單

當地時間8月12日，美國商務部工業和安全局（BIS）在《聯邦公報》中披露了一項新增的出口限制臨時最終規則，涉及先進半導體、渦輪發動機等領域。

該禁令對具有GAAFET（環繞柵極場效應晶體管）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）在內的四項技術實施了新的出口管制。

GAAFET相關EDA軟件

EDA/ECAD指的是用于設計、分析、優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技術相關的EDA工具”的消息。此次禁令公布也進一步印證了該消息。

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

今年6月底，三星已宣布率先量產基于GAAFET技術的3nm工藝。而臺積電目前正在量產的3nm仍然是基于FinFET技術，預計將會在2nm導入GAAFET技術。

也就是說，美國此次的禁令將限制可以被用于3nm及以下先進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商向3nm及以下先進制程的突破。

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

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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注度非常高高，它們在未來的大功率、高溫、高壓應用場合將發揮傳統的硅器件無法實現的作用。

特別是在未來三大新興應用領域(汽車、5G和物聯網)之一的汽車方面，會有非常廣闊的發展前景。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)，其導電性能和發光特性良好，因此，其在光電子器件方面及大功率場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，不過相對來說，這些缺點對功率器件的特性不會有太大的影響，這是因為功率器件的性能主要取決于擊穿電場強度。

△Ga2O3的結晶形態確認有α、β、γ、δ、ε五種，其中，β結構最穩定，當時，與Ga2O3的結晶生長及物性相關的研究報告大部分都使用β結構。β-Ga2O3的擊穿電場強度約為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(＞10 MVcm-1 )、更大的熱導率( 22 WK-1cm-1)。

其本征材料優勢是具有自然界最高的熱導率以及最高的體材料遷移率，可以滿足未來大功率、強電場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、軌道交通等領域有著廣闊的應用前景。

不過據北京科技大學新材料技術研究院教授李成明介紹，金剛石目前實現商業應用尚有較大距離。金剛石材料的高成本和小尺寸是制約金剛石功率電子學發展的主要障礙。

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 ; 但金剛石異質外延技術的晶圓達4～8 英寸時，位錯密度仍高達近107 cm-2量級，高缺陷密度仍是一個挑戰。

壓力增益燃燒

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

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

BIS目前無法確認生產中的任何發動機是否使用該技術，但已經有大量研究指向潛在的生產。