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標題: 讓氮化鎵走下神壇 [打印本頁]

作者: MightyDragon 時間: 2012-4-14 03:20 PM 標題: 讓氮化鎵走下神壇

本帖最後由 MightyDragon 於 2012-4-14 06:12 PM 編輯

(評論) 氮化鎵材料的研究與應用是目前全球半導体研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導体材料，並與SIC、金剛石等半導体材料一起，被譽為是繼第一代Ge、Si半導体材料、第二代GaAs、InP化合物半導体材料之后的第三代半導体材料。中國作為元素「鎵」的生產大國(現已知的鎵鑛存量最大)，本來就有先天的優勢，但目前在日美公司佔有先機和技術優勢下，中國現在還需要急起直追。現時的發展是：美國DARPA和雷神公司已開始金剛石基的氮化鎵單片微波集成電路(MMIC)的開發工作，據稱可提升現有的MMIC的功率達三倍！如這種MMIC量產後，雷神公司出產的AESA雷達將可有遠超現時的同類產品的水平...
對於中國蘇州納維科技在氮化鎵的研究我是衷心支持。能大幅拉低這高端產品除減少日美在這方面的暴利外，亦希望中國自己的第三代AESA雷達能盡快上架！中國要和美日在高端科技爭雄外，軍備的水平亦要趕上，以阻嚇所有潛在的敵人。希望有一天能看到連導彈亦裝有AESA雷達的戰鬥機在東海、南海巡邏

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作者：秦晨2011-10-31《福布斯》中文版2011 年10 月刊下

作為有著數萬億美元廣闊市場空間的第三代半導體材料，徐科的目標是要把昂貴的氮化鎵晶片的價格降到現在的1/20，從而讓它釋放出真正的「神奇能量」。

一片 2 英吋（約 5 厘米）直徑的白色半透明、塑料質感的小圓片，在國際市場上的售價居然可以達到5,000 到7,000 美元；不但供不應求，而且由於國際貿易的技術壁壘，一片難求——這當然不是普通的塑料片，是被稱為「第三代半導體材料」的氮化鎵晶片。

你可能難以想像，一片2 英吋的氮化鎵晶片可以生產出1 萬盞亮度為節能燈10 倍、發光效率為節能燈3-4 倍、壽命為節能燈10 倍的高亮度LED 照明燈；也可以製造出5,000 個平均售價在100 美元以上的藍光激光器；氮化鎵晶片還可以被應用在電力電子器件，使得系統能耗降低30%以上；它也將是未來微波通信的核心材料，並使得同樣面積的微波基站傳輸覆蓋面積比目前至少提升一倍以上。

「第一代半導體是硅，主要解決數據運算、存儲的問題；第二代半導體是以砷化鎵為代表，它被應用到於光纖通訊，主要解決數據傳輸的問題；第三代半導體以氮化鎵為代表，它在電和光的轉化方面性能突出，在微波信號傳輸方面的效率更高，所以可以被廣泛應用到照明、顯示、通訊等各大領域。」蘇州納維科技總經理徐科解釋道。

氮化鎵是一種人造材料，自然形成氮化鎵的條件極為苛刻，需要2,000多度的高溫和近萬個大氣壓的條件才能用金屬鎵和氮氣合成為氮化鎵，所以在自然界幾乎不可能實現。1998 年，美國科學家研製出了首個氮化鎵晶體管。

然而，氮化鎵禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強和良好的化學穩定性等優越性質，使得它成為迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料體系，並可以成為制備寬波譜、高功率、高效率的微電子、電力電子、光電子等器件的關鍵基礎材料。

現在LED 盛行的風潮下，氮化鎵作為半導體發光二極管應用於LED 照明也已經在中國發展得風起雲湧。然而，徐科介紹說，目前市場上大規模應用於LED 照明的氮化鎵芯片距離氮化鎵真正的「神奇能量」還相距甚遠。

「這主要是由於目前市場上廣泛使用的LED 氮化鎵芯片通常是基於藍寶石或碳化硅襯底晶片制備而成，這種襯底決定了每平方厘米LED 芯片的缺陷密度達到上億個；但如果能將LED 芯片的襯底晶片變為氮化鎵本身，那麼LED 芯片的缺陷密度將降低為現在的百分之一甚至千分之一。那時再應用於LED 產品時，不但有效解決了發光時的散熱問題，還能使單位面積亮度提升10 倍。」

納維科技正是專注於氮化鎵襯底晶片生產的公司，作為半導體的一族，納維公司在產業鏈中的角色類似硅芯片產業鏈中的晶圓生產商。無論是氮化鎵晶片生產，還是以氮化鎵為襯底的芯片器件，都需要精密的納米加工工藝。由於技術門檻極高，在全球能夠規模化生產氮化鎵晶片的公司屈指可數，日本的住友、日立電纜在這個領域中佔領著制高點，其次為美國公司。

徐科帶領的納維科技是全球第7 家，也是中國唯一一家具備氮化鎵晶片生產能力的公司。「雖然我們到2010 年底才推出自己的產品，但我們產品的性能已經超越了幾家先進入的國際巨頭，並且有能力迅速將產能提升。」

1995 年，徐科還在中科院上海光學精密機械研究所攻讀博士學位時，便開始了對晶體生長、氮化物半導體材料外延生長的研究。此後，無論是去日本留學、工作，還是回國到北京大學物理系任教，徐科從未離開過他所致力研究的氮化物半導體領域。

通過10 多載潛心研究，徐科掌握了讓氮化鎵的大尺寸人工制備在1 個大氣壓、1,000 多度的環境中成功合成的技術。他認為，「一項研究做了十幾年，如果再不能推向應用，這項研究就失去了它存在的價值。」2006 年，徐科加入剛剛在蘇州成立的中科院納米技術與納米仿生研究所，而他的目標就是把氮化鎵晶片實現產業化。

2007 年4 月，徐科拿出80 萬元與中科院納米所合資成立了蘇州納維科技，專注於氮化鎵晶片的設備製造和晶片生產。此後，納維科技陸續得到了風險投資和 Zheng Fu 支持的研發資金累計近3,000 萬元。

「雖然我們在公司成立之初已經掌握了氮化鎵晶片制備的技術，但從實驗室的樣品變為可以規模化生產、高品質的產品，這仍然是一個需要相當大資金和人力投入的過程，這也是目前我們在整個高科技投入中非常薄弱的一環。」徐科坦誠道。

要實現規模化的生產，必須擁有自動化的生產設備。納維科技成立後的3 年多中，徐科和他的團隊專注於將氮化鎵生產的實驗室設備變為工業化生產的設備。「研發能力和氮化鎵晶片的自行設備製造能力是我們的兩大核心競爭力。」徐科說。據他透露，納維自行研發的設備成本僅為國際同行的1/10。

在產品研發方面，徐科把目光放在了更大尺寸的氮化鎵晶片制備上。「目前僅個別日本公司掌握了4 英吋氮化鎵晶片的製造技術，但還沒有產品出來，而我們預計到2012 年底，我們的4 英吋氮化鎵晶片產品將可以投產，2014 年可以生產出6 英吋的晶片。」

除了做大之外，將氮化鎵晶片做得更薄，使之直接成為氮化鎵器件（或芯片）的一部分，生產出「無襯底氮化鎵晶片」是徐科追求的另一目標。氮化鎵芯片的厚度通常為0.1 毫米，目前以藍寶石襯底做出來的氮化鎵芯片通常厚度為0.4 毫米，在使用過程中必須「削薄」後封裝使用。

「目前的氮化鎵晶片襯底也同樣需要作『削薄』處理，但未來當我們把氮化鎵晶片做得足夠薄，就可以直接成為氮化鎵器件的一部分，那樣我們及整個產業的成本都將極大降低，目前我們已經在研發相關的技術，預計兩三年後可以投入產品。」

在徐科看來，作為第三代半導體的氮化鎵器件之所以售價高昂，主要是由技術壟斷造成的。「現在藍寶石基底的LED 芯片價格僅為幾毛錢，而氮化鎵基底的LED 芯片價格則為20 美元，規模化生產後，他們的成本應該沒有太大差別，」徐科說，「我認為幾年之內，氮化鎵晶片將由現在5,000 美元一片，降到300 美元一片，晶片的尺寸也會越來越大，這將讓成本進一步降低，蘇州納維公司在這方面具有很厚實的競爭力。」在氮化鎵應用方面，除了LED 照明，徐科認為消費電子是未來氮化鎵應用最廣闊的市場。將氮化鎵應用於DVD 中的藍光激光器，可以極大提升對數據讀寫的準確率，未來的同樣容量的DVD 光盤可能變得只有耳塞那麼小。

將氮化鎵應用於手機投影是另一個被看好的應用，「手機投影從技術上已經可以做到，唯一的問題就是電池無法支持大功率和長時間的照明，但如果把氮化鎵用到其中，這個問題就會迎刃而解。」

在市場應用的探索過程中，納維的合作夥伴正試圖將氮化鎵應用於醫學造影——比如拍攝X 光片的設備中，可以將放射物質的劑量減少幾百倍，從而降低患者的輻射危害。

同樣由於氮化鎵擁有極高的光電轉換能力，如果能將氮化鎵用於光轉化為電，那麼在太陽能電池領域將是一場革命，因為其理論的光電轉化效率可以達到76%。氮化鎵材料還可以利用太陽能將水直接分解為氫和氧，為人類提供清潔可再生能源。

「毋庸置疑，氮化鎵的未來市場是一個數萬億美元的市場。」徐科稱。然而，讓徐科覺得頗為挑戰的是產業鏈的發展——在整個產業鏈中，國內在氮化鎵基底的器件研發和生產上仍然面臨斷層。「我們期待更多的企業發現氮化鎵的價值，願意投入資本和時間來開發相關的應用和產品。」

正因為如此，納維科技仍然會將很多產品以極低的價格、甚至免費贈送給相關下游產業發展自己的產品。「我們從不擔心這個市場的空間和自身的盈利能力，我們希望看到更多有遠見、看重未來廣闊市場空間的公司和我們一起來推動中國整個產業鏈的發展和成熟！」

作者: 603124 時間: 2012-4-14 04:52 PM

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作者: 重劍殤 時間: 2012-4-14 06:19 PM

也就是說這種材料做出來的雷達能讓效果大於
現在世界上的雷達效能嗎?
有點看不懂 ~

作者: 重劍殤 時間: 2012-4-14 06:23 PM

也就是說這種材料做出來的雷達能讓效果大於
現在世界上的雷達效能嗎?
有點看不懂 ~

作者: 603124 時間: 2012-4-14 06:54 PM

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作者: yastern 時間: 2012-4-14 08:20 PM

這也算稀土的一直種嗎看完了應該說這玩意傳導快且功率及效率大於一般傳統傳導是嗎所以輸出強大自然回傳也強大

作者: MightyDragon 時間: 2012-4-14 11:54 PM

yastern 發表於 2012-4-14 08:20 PM
這也算稀土的一直種嗎看完了應該說這玩意傳導快且功率及效率大於一般傳統傳導是嗎所以輸出強大自然回傳 ...

再重複一次：鎵不是稀土！
氮化鎵可用於高電子遷移率晶體管。現代AESA雷達有過千發射接收單元，這種由氮化鎵組成的晶體管放大功率高（high gain）又低噪（low noise），極大地提升雷達的偵測性能

作者: mirage2k 時間: 2012-4-14 11:56 PM

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作者: s17235 時間: 2012-4-15 02:17 AM

好深奧哦一一
一點都不懂xd
反正現在大家都在拼技術
誰技術好就有領先優勢...

作者: Lukas0428 時間: 2012-4-16 08:56 AM

唉唉
看看人家都在努力作突破了
臺灣還在原地踏步當代工廠
以發表高點數期刊為榮

作者: fenrrier 時間: 2012-4-16 11:53 PM

代工廠不代表沒技術好嗎,就以TSMC來說,你要叫它設計cpu也沒什麼難的,嚴格來講它是一家business to business 的品牌,他服務的對象是其他企業而不是一般消費者,有技術才是王道,ˇ要有紀就能成為品牌發展自己的技術體系,代工廠不是沒技術,而是它的技術偏向不是原創性,而是使用性的專利,他要服務的畢竟是其他企業,所以發展的方向伊定不能完全按照自己的意思,想投資什麼就投資什麼技術,它畢竟是中下游廠,但是它也是會隨著客戶而提升技術不然怎麼生存,另外要一提的是現在最先進的是富勒稀,或是奈米碳管之類的都有很好的發展,美國日本歐洲除了在世界各地聯手找稀土外,還致力於開發新的不仰賴稀土的技術,畢竟稀土有一日會用完,不然就不叫稀土了

作者: tiffnylee0410 時間: 2012-4-22 01:41 PM

台灣也有很多砷化錠的代工廠
是不是能夠在這個領域摻一腳
如果能夠有國科會經濟部國防部共同支持相關活動
希望不致於受制於人

作者: 開著潛水艇 時間: 2012-4-24 07:20 PM

好複雜的感覺喔~
看不懂了!!!!

作者: greatmontoya 時間: 2012-4-25 12:01 AM

GaN這材質做出來的RF高功率電晶體有些有管制

作者: dwtin 時間: 2012-4-25 01:15 PM

tiffnylee0410 發表於 2012-4-22 01:41 PM
台灣也有很多砷化錠的代工廠
是不是能夠在這個領域摻一腳
如果能夠有國科會經濟部國防部共同支持相關活 ...

技術上應該可行
實際上要看政府怎麼幫.....

作者: 加卡利亞 時間: 2012-5-20 11:25 PM

我比較期待拿這玩意去做出來的電玩主機=ˇ=

作者: fenrrier 時間: 2012-8-3 12:51 PM

603124 發表於 2012-4-14 04:52 PM
稀土藏量最多，是中國得天獨厚的優勢，立稀土管制的條法，也是能制衡美日"惡意低價收購"的好方法，中國不該 ...

只怕中國創造出的標準未必比美國的好到哪哩,美國還有一層道德的遮羞布,他藉由正義的理由來打擊敵人,但是他也一樣被道德拘束,只要他師出無名,就有人反抗他,包括國內人士,而中國現在的觀念是只要有利可圖,我比你強就可以占,連遮羞布都不要了,如果大家都這樣那世界豈不大亂,來了個比美國更可怕的人,那有什麼用,

作者: fenrrier 時間: 2012-8-3 12:54 PM

greatmontoya 發表於 2012-4-25 12:01 AM
GaN這材質做出來的RF高功率電晶體有些有管制

砷化鎵似乎較適合做高頻率的,它的開關速度較快,SiC較適合做大型原件,似乎是這樣,不知道有沒有大大可以指導

作者: pin5472 時間: 2012-8-3 07:46 PM

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作者: 3542 時間: 2012-8-3 09:18 PM

由於氮化鎵的結晶粗糙且導電性差
早期不被普遍看好是良好材料

直到中村修二透過它開發出明亮的藍光LED
才重新被重視

作者: sunsanjun33 時間: 2012-8-8 11:34 AM

fenrrier 發表於 2012-8-3 12:51 PM
只怕中國創造出的標準未必比美國的好到哪哩,美國還有一層道德的遮羞布,他藉由正義的理由來打擊敵人,但是 ...

美國佬打伊拉克需要遮羞布嗎？打了就打了，伊拉克政府換成美國的看門狗以后，美國國內的憤青也就是叫喚兩聲，對于美國有影響嗎？

作者: b0925199856 時間: 2012-8-9 07:58 PM

太深奧了大大!!本人學識不足.無法發表任何意見!感謝你提供如此專業之資料,感恩唷~!!

作者: 絕愛傀儡師 時間: 2012-8-9 09:40 PM

一但這種東西應用在LED上，中國很快就可以仿製它!!

甚至做為雷射武器也是指日可待的事!!

就看美國怎麼想了。

作者: sos155 時間: 2012-8-10 07:49 AM

只要掌握關鍵技術，別人就比較無可奈何，

所以我們還是需要再加油！！！！

作者: benz.vincent 時間: 2012-8-10 10:24 AM

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