中企攻克芯片“新材料”，或能取代硅基芯片

芯片早已经成为日常生活中不可替代的产品，任何的电子设备都会用上芯片。全球每年对芯片的需求都在几亿，几十亿颗以上。不过传统的芯片工艺几乎都是一致的，基于硅基材料生产芯片。

芯片的基础材料是硅，而硅的来源是在一堆沙子中不断提取纯度为99.99999%的硅。再将硅打磨成硅片，制成晶圆，最终经过上千道的工序形成芯片。而这一切的基础都是硅，因此市面上的芯片也被统称为硅基芯片。

然而硅基芯片也面临一个问题，那就是物理极限的限制。

随着芯片制程的不断突破，已经在向4nm，3nm甚至更先进的1nm发起 探索 ，但物理极限终会成为一道束缚。到时候硅基芯片到达尽头，可能人类 科技 也会陷入迟缓。

因此探究新工艺，新材料成为备受瞩目的热门话题。但真的有可能在硅基芯片之外取得新材料的突破吗？答案是有可能。

一则好消息传来，中国企业英诺赛科（苏州）半导体有限公司实现巨大突破，在硅基氮化镓材料上完成量产。英诺赛科已经建立起8英寸硅基氮化镓量产生产线，这也意味着不仅取得了新材料的攻克，而且进入到了量产阶段。

根据资料显示，硅基氮化镓芯片量产生产线建成之后，可实现年产值100亿，年产能也可以达到78万片硅基氮化镓芯片晶圆。

这是世界上首座氮化镓芯片量产项目，在中企的攻克下，对国产芯片的发展都会带来巨大的意义。

现如今业内正不断 探索 传统硅基芯片之外的新材料，新工艺。此前中科院研究的8英寸石墨烯晶圆就在半导体领域取得了显著进步，由于未实现量产，因此石墨烯制成的碳基芯片还处在研究阶段。

但氮化镓芯片则不同，英诺赛科已经立项建设生产线，将氮化镓推广量产。那么氮化镓能取得硅基芯片吗？性能表现又如何呢？

氮化镓属于第三代半导体材料，和硅不同的是，氮化镓无法靠自然界形成，必须要靠人工合成。其优势对比硅材料是很明显的，由氮化镓制成的器件，功率是硅的900倍。禁带宽带比硅高出3倍左右。击穿场强也高于硅11倍。

除此之外，氮化镓还有散热高，体积小，损耗小的优点。如果能够对氮化镓加以开发，取代硅基芯片是没有问题的。充电器，元器件等等部件，都能用上氮化镓。

硅基芯片统治了芯片界几十年，而研制出硅材料并掌握专利技术的是美国人。所以只要用上硅基芯片，不管有多少技术是自研的，从根源上就很难绕开美国技术。

并且摩尔定律即将到达极限已经是业内公认的事实，只不过是时间问题。当集成电路可容纳晶体管无法进一步提升时，那么就将迎来后摩尔时代的新挑战。也就是新材料，新工艺。

有的芯片企业重点研究封装，而有的则在 探索 芯片新材料。而中国要面临的后摩尔时代挑战在于产业链太宽，太长。大而不强是一个需要解决的问题，把产业链提升上去以后，才能顺利迎接挑战。

同时光刻机、光刻胶、芯片制程工艺等等，都还有很长的路要走。所以总的来说，中企能够攻克新材料，只是做好了迎接挑战的准备，真正的挑战还在后头。

美国掌握大量的芯片技术，所以2020年对中企实施芯片规则时，几乎没有一家企业能够逾越美国技术向中企攻克。这也让我们意识到，必须从根本上解决技术难题。

英诺赛科的氮化镓芯片或许只是迈出的第一步，想要改变整个芯片市场格局并非易事。所以期待能有更多的技术取得突破，到时候面对挑战，也能巍然矗立。

对英诺赛科的新材料突破你有什么看法呢？

《科创板日报》（上海，研究员 何律衡）讯， 近期，以氮化镓、碳化硅为首的第三代半导体材料在A股市场引领了一波 科技 股回暖的热潮，引发市场对功率半导体的瞩目。与此同时，在该领域走在全球前列的日本，却已向号称第四代半导体的氧化镓展露了野心。

据日本媒体最新报道，日本经济产业省（METI）正准备为致力于开发新一代低能耗半导体材料“三氧化镓”的私营企业和大学提供财政支持，METI将为明年留出大约2030万美元的资金，预计未来5年的投资额将超过8560万美元。

在此基础上，第三代半导体材料由于普遍具有直接禁带结构，且禁带宽度更大、电子饱和漂移速度更高等特点，被越来越多地应用到功率半导体上。

在这其中，碳化硅和氮化镓当前应用最为广泛，前者具有宽禁带、高临界击穿电场、高饱和电子迁移速度和高热导率等特性，已在新能源 汽车 的电源管理中有所应用，后者则具有宽禁带、高饱和电子漂移速度、高电子迁移率等物理特性，在消费电子快充产品上得以应用。

而氧化镓被认为是继碳化硅和氮化镓之后的“第三代用于功率元件的宽禁带半导体”。这种材料最初计划用于LED（发光二极管）基板、深紫外光（Deep Ultra Violet）受光素子等，在近十年才被应用于功率半导体方向，继而引发全球研发的热潮。

研究表明，氧化镓的禁带宽度为4.9eV，超过碳化硅、氮化镓等材料，采用禁带更宽的材料可以制成系统更薄、更轻、功率更高的功率器件；击穿场强高于碳化硅和氮化硅，目前 β-Ga2O3 的击穿场强可以达到 8MV/cm，是碳化硅的两倍。

中银证券分析师赵琦3月27日报告指出，氧化镓更有可能在扩展超宽禁带系统可用的功率和电压范围方面发挥作用，其中最有希望的应用可能是电力调节和配电系统中的高压整流器，如电动 汽车 和光伏太阳能系统。

不过，氧化镓的导热率低，散热性能差是限制氧化镓市场运用的主要因素。氧化镓的热管理研究是当前各国研究的主要方向。赵琦认为，如若未来氧化镓的散热问题被攻克，氧化镓将是未来高功率、高压运用的功率半导体材料的有力竞争者。

据外媒报道，今年4月，美国纽约州立大学布法罗分校（the University at Buffalo）正在研发一款基于氧化镓的晶体管，能够承受8000V以上的电压，而且只有一张纸那么薄，将用于制造更小、更高效的电子系统，用在电动 汽车 、机车和飞机上，用于控制和转换电子，同时帮助延长此类交通工具的续航里程。

除了美国之外，从全球范围来看，日本作为全球首个研究氧化镓材料的国家，同样具备竞争优势。METI认为，日本公司将能够在本世纪20年代末开始为数据中心、家用电器和 汽车 供应基于氧化镓的半导体。一旦氧化镓取代目前广泛使用的硅材料，每年将减少1440万吨二氧化碳的排放。

“事实上，日本在氧化镓相关技术方面远远领先于包括韩国在内的竞争对手，”该行业的一位专家向媒体表示，“一旦氧化镓成功商业化，将适用于许多领域，因为它可以比其他材料更大幅度地降低半导体制造成本。”

而在中国，尽管起步较晚，但对于氧化镓的研究也同样不断推进状态中。据国内媒体报道，在去年举行的全国 科技 活动周上，北京镓族 科技 公司公开展示了其研发的氧化镓晶胚、外延片以及基日盲紫外线探测阵列器件。

此外，中国电科46所采用导模法成功已制备出高质量的4英寸氧化镓单晶，其宽度接近100mm，总长度达到250mm，可加工出4英寸晶圆、3英寸晶圆和2英寸晶圆。经测试，晶体具有很好的结晶质量，将为国内相关器件的研制提供有力支撑。

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