這類最廣泛的電子器件也要超導化，相關芯片行業迎來新技術

麻省理工學院（MIT）的一個研究小組開發出了一種超導二極管器件（低溫超導器件），他們說這種器件將提高電子產品的能源和熱效率，相關研究已經發表在了《Physical Review Letters》的在線期刊上。

麻省理工學院設計的超導二極管（一種開關器件）仍處于設計初期。然而，即便如此，該論文的主要作者Jagadeesh Moodera等人表示，在承載電流（和防止損耗）方面，該二極管的效率已經是以前的二極管架構的兩倍，并且有足夠的設計空間來改善其特性。

它將徹底改變芯片，甚至可能影響量子計算。事實上，這一發展是一個偶然的發現，因為MIT的研究團隊研究了拓撲量子比特的構建塊之一的“馬約拉納費米子” (/ma???rɑ?n? ?f??rmi??n/)，這是一種尚未得到證實的量子比特設計。該研究團隊很快意識到他們受馬約拉納費米子啟發的超導二極管工作可以很容易地轉移到經典（即非量子）電路領域。

二極管是任何芯片的關鍵基礎部分，也是電路設計不可或缺的一部分。雖然晶體管用于將輸入信號從低電阻電路放大到芯片內的高電阻電路，而二極管通常負責將交流電（AC）轉換為直流電（DC）。而且二極管還具有在一個方向上單向傳導電流的特性，它們的單向特性是通過兩種類型的電荷載流子（電子和空穴）的導電行為的差異來實現的。這使得它們在電子產品中具有廣泛的應用。

由于芯片設計受到電損耗產生的熱量的強烈限制（這是一個瓶頸，晶體管設計和以有限的方式處理這些問題的新冷卻技術越來越復雜），所以無損二極管在改善計算和熱效率方面的好處不應被低估。

超導二極管也可用于傳感器和其他設備。但是由于超電流只有一種類型的載流子——所謂的庫珀對中的電子——實現超導二極管更加困難。2020 年，研究人員在由層狀材料制成的超導器件中展示了二極管效應，該器件需要精確堆疊、強自旋-軌道耦合和獨特形式的庫珀配對?，F在，MIT研究團隊所研發的超導二極管，不僅更有效，設計也更簡單。

該團隊的二極管設計由一條鈮或釩的細條組成。與大多數單元素超導體不同，鈮和釩都是II型超導體，這意味著施加的適當強度的磁場會誘發超電流渦旋的形成，這些漩渦都以相同的意義旋轉。Moodera及其同事施加了垂直于其設備表面的這種場，在條帶內引起渦流，以及沿著條帶邊緣的超電流（稱為邁斯納電流）。從上面看，一個邊沿電流向右流動（在“向前”方向），另一個向左流動（在“反向”方向）。然后，研究人員在條帶的末端發送外部電流 - 正向和反向 - 并測量每種情況下的凈電流。

MIT的研究小組表明，二極管器件邊緣之間的微小差異可以優化（通過添加鋸齒狀邊緣或應用其他變形）。這就是為什么設計仍然有待優化的原因：可能的設計變化量是巨大的，只有還有很多時間來找到最好的非對稱配置。

至關重要的是，該團隊表示其超導二極管堅固耐用，能夠在很寬的溫度范圍內工作，同時可能為新技術和設計打開大門。工程師們表示，這些二極管的設計簡單且兼容，易于擴展到數百萬個二極管可以在單個硅晶圓上生產。


兩種二極管芯片工藝

TVS二極管質量的好壞取決于芯片工藝。目前，行業內使用的TVS二極管芯片工藝主要有兩種：玻璃鈍化（GPP）和酸洗（OJ）。

從上圖中可以看出，玻璃鈍化（GPP）和酸洗（OJ）芯片工藝最大不同的地方，就是在P-N結的保護上。

TVS二極管的GPP工藝結構，其芯片P-N結是在鈍化玻璃的保護之下。玻璃是將玻璃粉采用800度左右的燒結熔化，冷卻后形成玻璃層。這玻璃層和芯片熔為一體，無法用機械的方法分開。

而TVS二極管的OJ工藝結構，其芯片P-N結是在涂膠的保護之下。采用涂膠保護結，然后在200度左右溫度進行固化，保護P-N結獲得電壓。OJ的保護膠僅僅是覆蓋在P-N結的表面。

玻璃鈍化（GPP）和酸洗（OJ）芯片工藝由于結構的不同，當有外力產生時，冷熱沖擊，OJ工藝結構的TVS二極管，由于保護膠和硅片不貼合，會產生漏氣，導致器件出現一定比率的失效。GPP工藝結構的TVS二極管，可靠性很高，在150度的HTRB時，表現仍然很出色；而OJ工藝的產品僅僅能夠承受100度左右的HTRB。


中國二極管芯片行業市場現狀及競爭格局

中國二極管芯片行業的市場現狀相當復雜，產品結構復雜，技術水平落后，競爭格局混亂，以及市場細分和空間有限等多重因素所造成的影響。

從行業規模看，中國二極管芯片行業的總體規模較大，全國二極管芯片產量達到520億片，產值達到2420億元，占全球二極管芯片市場的比重達到全球的30%以上。中國的二極管芯片行業經歷了一個快速發展的歷程，其中許多企業開始從技術到市場營銷都有了很大的發展，但同時也存在許多問題，比如價值鏈的斷裂以及產品質量的不穩定等等。

從競爭格局看，中國的二極管芯片行業的競爭格局相當復雜，其中以國營企業為主，有許多國內外企業也參與了這一競爭，形成了一個多元化的競爭格局。國營企業的優勢在于規模、技術、資金等方面，而外資企業則在于市場營銷、產品創新、技術創新等方面，形成了一種競爭性的格局。

從市場細分看，中國二極管芯片行業存在著許多細分市場，涉及到計算機、通訊、家用電器、車載電子、安防電子、電池等行業。計算機、通訊和家用電器行業是中國二極管芯片行業的主要消費者，消費量占比最大，車載電子、安防電子和電池行業都是較新興的行業，雖然消費量不大，但發展潛力很大。

中國二極管芯片行業存在著空間有限的問題，其中主要體現在技術水平和產品質量上，中國二極管芯片行業的技術水平和產品質量不能夠跟上國際上的先進水平，因此面臨著很大的挑戰。

根據市場調研在線發布的2023-2029年中國二極管芯片行業市場現狀調研及發展趨向分析報告分析，競爭格局混亂，市場細分空間有限，技術水平和產品質量也存在一定的差距，中國的二極管芯片企業應當重視技術創新和市場營銷，以提高自身的競爭力。