顺义企业突破第四代半导体关键技术 氧化镓产业化加速推进

问题——高效低耗用电需求倒逼功率半导体材料升级;随着新能源汽车、数据中心、商业航天及智能终端等场景快速增长,功率器件需要更高耐压、更低损耗、更小体积和更可控成本之间取得平衡。传统硅基材料在高压高温条件下已接近性能上限;第三代半导体虽在部分领域实现规模应用,但在成本、尺寸和更高能效目标上仍有提升空间。围绕下一代功率器件材料的竞争,超宽禁带半导体成为产业布局重点,其中氧化镓因具备高击穿场强等特性,被视为潜在的关键增量材料之一。 原因——材料优势与产业链自主可控双重驱动。业内普遍认为,在同等耐压条件下,氧化镓器件仍有更缩小尺寸的空间,并有望带来更明显的系统能效收益。同时,产业端对关键材料“从实验室到产线”的工程化能力需求更为迫切。北京铭镓半导体有限公司2020年入驻中关村(顺义)第三代半导体产业园,从材料端切入,聚焦晶体生长、加工抛光、清洗检测、薄膜外延等核心工艺,打通氧化镓从单晶衬底到外延片的关键路径,为后续器件开发与应用验证提供基础供给。 影响——关键工艺突破提升供给能力,带动国产替代与场景落地。走进企业生产车间,晶体生长、加工、抛光、清洗、外延与检测等环节在洁净环境下衔接运行,反映出材料制造对稳定性、一致性和良率的要求。企业在顺义建设3000余平方米产线,形成从衬底到外延片的研发生产体系,累计布局60余项自主知识产权和专利技术。企业介绍,近期通过新工艺实现4英寸(010)相高质量氧化镓晶坯制备,意味着材料制备能力正向更大尺寸、更高质量推进。按照行业规律,晶圆尺寸提升有助于摊薄制造成本、提高单位产出效率,并为后续器件制造与规模应用创造条件。 在应用层面,氧化镓材料若能在终端系统中实现稳定可靠的器件化,有望在节能降耗上带来可观收益。企业测算显示,白色家电等电源系统中应用可明显降低能耗;在新能源汽车等高压平台上,有望缩短充电时间并提升续航表现。业内人士指出,材料优势转化为终端收益,还需要器件结构设计、封装可靠性、系统级验证等环节配合推进,但材料端的供给能力与成本边界将直接影响产业化节奏。 对策——加快中试验证与生态协同,推动从“能做”到“做稳、做大”。企业今年完成A++轮超亿元股权融资,资金将用于推进6英寸氧化镓衬底研发与量产准备、2—4英寸衬底中试产线建设以及未来产业培育。企业同时计划年内完成产线增扩,增强产能与制造效率。受访负责人表示,当地有关部门在企业落地、扩产与经营发展上给予支持,帮助企业更集中投入技术攻关与产业推进。 从产业组织方式看,氧化镓要形成可持续的商业闭环,需要材料、设备、外延、器件、封装与系统厂商共同参与,并建立面向可靠性、寿命与一致性的共性技术验证体系。企业提出联合上下游建设超宽禁带半导体共性技术验证平台,在区域内形成小规模协同生态,通过就近配套缩短研发迭代周期、降低试错成本、提升供应链响应速度,为全链条验证和场景化应用打基础。 前景——区域产业集聚与技术迭代并行,产业化仍需跨越工程化门槛。面向未来,氧化镓能否在更多领域实现规模应用,取决于大尺寸晶圆良率提升、外延一致性控制、器件与封装可靠性以及成本曲线下降速度。随着资本、产业与政策资源持续向先进半导体材料聚合,顺义以产业园为载体推动集群化发展,有望在“材料—工艺—验证—应用”链条上形成更强协同。若6英寸衬底技术与中试平台进展顺利,氧化镓材料供给将进一步走向标准化、规模化,为高效电能转换与新型电力电子系统提供更多选择。

新材料产业化不是“实验室速度”,而是工程能力与产业协同的综合比拼;氧化镓迈向更大尺寸、更高良率、可验证的量产阶段,既需要企业在核心工艺上持续突破,也需要政策、资本与应用端共同发力,推动标准、平台与生态建设形成合力。以顺义为代表的产业集聚区若能在“技术攻关—中试验证—场景落地”全链条上形成闭环,将为我国超宽禁带半导体打开更具韧性的增长空间。