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第01版:要闻

新一代半导体材料发展势头强劲

许子皓

半导体材料是现代科技的先导和基石。从硅(Si)、锗(Ge),到砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP),再到宽禁带半导体碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN),材料始终是推动产业进步的核心要素。如今,以氧化镓(Ga2O3)、金刚石(C)、氮化铝(AlN)为代表的新一代半导体材料也开始崭露头角,远超前几代半导体材料的物理化学特性,让其在新能源汽车、信息通信、人工智能、数据中心、航空航天等尖端领域拥有巨大的应用潜力,吸引了全球企业的目光,成为全球半导体行业角逐的新战场。

面对这一新兴领域,我国各大院校、研究机构和企业早已开始积极合作、加紧布局,并在单晶生长、外延薄膜等技术方面实现了一系列突破,好消息频频涌现,将产线建设和产能释放提上日程。

氧化镓方面,浙江大学杭州国际科创中心及其孵育的科学公司杭州镓仁半导体有限公司共同发布全球首颗半导体氧化镓8英寸单晶,其也成为全球首家掌握8英寸氧化镓单晶生长技术的企业,这一成果,不仅打破了日本在大尺寸氧化镓单晶领域的领先地位,还为氧化镓的规模化量产奠定了基础;杭州富加镓业科技有限公司则在氧化镓MOCVD同质外延薄膜研发方面取得突破,其氧化镓单晶衬底上同质外延出厚度超过10微米的薄膜,相关标准化产品将于2025年4月上市。

金刚石方面,黄河旋风作为全球人造金刚石产能领先的企业,凭借其在高温高压法(HPHT)和化学气相沉积法(CVD)的技术积累,与华为展开深度合作,联合开发出热导率超2000W/m·K的多晶金刚石热沉片,有效解决了高算力设备的散热难题;总投资30亿元的上海卓远12英寸晶圆生产基地项目在辽宁沈抚示范区开工建设,其中包括新一代半导体材料CVD金刚石及高端晶圆的生产基地,将引进先进的MPCVD金刚石材料生产线;北方华创积极布局新一代半导体材料设备研发,为金刚石等材料的晶体生长提供了核心装备支持。这些成果不仅提升了中国在金刚石半导体领域的技术水平,也为未来金刚石的广泛应用奠定了基础。

氮化铝方面,成都旭光电子股份有限公司正在全力推动氮化铝材料的产能释放及技术创新,该公司2024年财报显示,其高品质氮化铝粉体年化产能达到募投项目设计目标;奥趋光电技术(杭州)有限公司成功开发出3英寸氮化铝单晶和超高深紫外光透过率2英寸单晶衬底。这些成果表明,中国在氮化铝材料的研发和产业化方面已经取得了一定的突破,为氮化铝在电力电子、微波射频、航空航天等领域的应用提供了有力支持。

新一代半导体材料对于半导体行业的发展具有不可估量的重要性,有望突破现有半导体材料的性能瓶颈,满足未来电子设备对高性能、高可靠性、低能耗的需求,推动半导体行业向更高层次发展。但新一代半导体目前的研发均面临制备工艺不成熟、成本居高不下、与现有半导体制造工艺的兼容性差等关键难题。而且,由于氧化镓、金刚石、氮化铝等新一代半导体材料是新兴领域,相关的产业链配套不完善,原材料供应、设备制造、器件封装测试等环节都存在不足,制约了产业的快速发展。

不过,我国在宽禁带半导体材料领域已经构建了从材料制备、器件制造到应用开发的完整产业链,各环节企业之间紧密合作,形成了良好的产业协同模式。我国在宽禁带半导体材料研究方面的显著成果、在产业链布局方面的丰富经验,可以成为新一代半导体材料科研突破和产业化进程的有益借鉴,促进科技创新和产业创新“双向奔赴”。并且,我国政府高度重视半导体材料的发展,在政策层面给予了大力支持,将有效推动新一代半导体材料的产业化发展,提升产业整体竞争力。科技界和产业界合力,政策助力,新一代半导体材料未来可期。

2025-03-21 许子皓 1 1 中国电子