?半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)獲悉：近日，九峰山實(shí)驗(yàn)室GaN系列成果首次重磅發(fā)布！在顛覆性材料、器件及設(shè)計(jì)創(chuàng)新、系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用創(chuàng)新方面，重磅發(fā)布國際首創(chuàng)8英寸硅基氮極性氮化鎵襯底（N-polar GaNOI）、全國首個(gè)100nm高性能氮化鎵流片PDK平臺(tái)、動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)距離無人終端無線能量傳輸完成示范驗(yàn)證。

作為第三代化合物半導(dǎo)體材料的代表，氮化鎵（GaN）憑借其優(yōu)異的物理特性和廣闊的應(yīng)用前景，正在全球范圍內(nèi)掀起一場產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命。你或許已在消費(fèi)電子產(chǎn)品里見過它。小巧高效的GaN充電器讓手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備充電速度大幅提升的同時(shí)體積變小。這只是它釋放潛力的眾多場景之一。憑借其高頻率、高功率和高效率的特性，GaN正在成為眾多行業(yè)的“游戲規(guī)則改變者”。GaN器件能在極端環(huán)境、在更高的頻率范圍下工作，同時(shí)提供更大的輸出功率和更高的能量效率，已成為無線通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)與導(dǎo)航、智慧醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)等高端應(yīng)用發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，正在達(dá)到規(guī)?；瘧?yīng)用的臨界點(diǎn)。

GaN器件應(yīng)用場景，圖源網(wǎng)絡(luò)

盡管前景廣闊，GaN的廣泛應(yīng)用仍面臨一系列挑戰(zhàn)。我們需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游充分合力，通過一系列技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)?；a(chǎn)來釋放GaN的全部潛力。九峰山實(shí)驗(yàn)室成立之初就已超前布局以氮化鎵材料為核心的研究，現(xiàn)已全方位從材料、器件到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用取得一系列突破性成果。它們分別是：

九峰山實(shí)驗(yàn)室GaN系列成果一：

顛覆性材料——國際首創(chuàng)8英寸硅基氮極性氮化鎵襯底（N-polar GaNOI）

近日，九峰山實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)在全球首次實(shí)現(xiàn)8英寸硅基氮極性氮化鎵（N-polar GaNOI）高電子遷移率材料的制備。該成果將助力射頻前端等系統(tǒng)級(jí)芯片在頻率、效率、集成度等方面越級(jí)提升，為下一代通信、自動(dòng)駕駛、雷達(dá)探測、微波能量傳輸?shù)惹把丶夹g(shù)發(fā)展提供有力支撐。

九峰山實(shí)驗(yàn)室8英寸硅基氮極性氮化鎵襯底氮化鎵晶體結(jié)構(gòu)的極性方向?qū)ζ骷阅芎蛻?yīng)用有著重要影響，根據(jù)晶體生長的極性方向，主要分為氮極性氮化鎵（N-polar GaN）和鎵極性氮化鎵（Ga-polar GaN）兩種相反的極化類型。已有研究表明，在高頻、高功率器件等領(lǐng)域，氮極性氮化鎵比傳統(tǒng)的鎵極性氮化鎵技術(shù)優(yōu)勢更明顯。作為高頻通信與雷達(dá)探測的關(guān)鍵半導(dǎo)體材料，氮極性氮化鎵已成為國際科研界深入探索的焦點(diǎn)。然而由于嚴(yán)苛的材料生長條件、高度復(fù)雜的工藝等瓶頸制約，目前國際上僅有少數(shù)機(jī)構(gòu)可小批量生產(chǎn)2-4英寸氮極性氮化鎵高電子遷移率襯底材料，且成本昂貴。

(a) 九峰山實(shí)驗(yàn)室8英寸N極性GaN晶圓實(shí)物照片, (b) N極性GaNOI截面透射電鏡照片

九峰山實(shí)驗(yàn)室此技術(shù)成果，是全球首次在8英寸硅襯底上實(shí)現(xiàn)氮極性氮化鎵高電子遷移率功能材料（N-polar GaNOI）制備，打破了國際技術(shù)壟斷。其主要突破體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是成本控制，采用硅基襯底，兼容8英寸主流半導(dǎo)體產(chǎn)線設(shè)備，深度集成硅基CMOS工藝，使該技術(shù)能迅速適配量產(chǎn)工藝；二是材料性能提升，材料性能與可靠性兼具；三是良率提升，鍵合界面良率超 99%。以上突破為該材料大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化奠定了重要基礎(chǔ)。

氮極性氮化鎵主要應(yīng)用領(lǐng)域

#產(chǎn)業(yè)應(yīng)用解讀：

氮極性氮化鎵材料在高頻段（如毫米波頻段）的性能非常出色，這對(duì)于需要高頻操作的領(lǐng)域來說十分重要，5G/6G通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域都有望從中獲益。

氮極性氮化鎵器件在無線通訊系統(tǒng)的應(yīng)用

一旦突破量產(chǎn)技術(shù)臨界點(diǎn)，氮極性氮化鎵材料將在以上領(lǐng)域開辟新的應(yīng)用場景，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到革新性推動(dòng)作用。所以氮極性氮化鎵已成為國際科研界爭相深入探索的焦點(diǎn)材料。

九峰山實(shí)驗(yàn)室GaN系列成果二：

器件及設(shè)計(jì)創(chuàng)新——全國首個(gè)100nm高性能氮化鎵流片PDK平臺(tái)

近日，九峰山實(shí)驗(yàn)室發(fā)布國內(nèi)首個(gè)100 nm硅基氮化鎵商用工藝設(shè)計(jì)套（PDK），性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流水平。作為全球第二個(gè)、國內(nèi)首個(gè)商用方案，其技術(shù)指標(biāo)可支撐高通量Ku/Ka頻段低軌衛(wèi)星通信，能夠滿足下一代移動(dòng)通信、商用衛(wèi)星通信與航天領(lǐng)域、車聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)終端等多領(lǐng)域?qū)Ω哳l、高功率、高效率氮化鎵器件的需求，推動(dòng)我國相關(guān)領(lǐng)域器件從“進(jìn)口替代”邁向“技術(shù)輸出”。

PDK（Process Design Kit，工藝設(shè)計(jì)套件）是半導(dǎo)體制造中不可或缺的工具包。它為芯片設(shè)計(jì)者提供工藝參數(shù)、器件模型、設(shè)計(jì)規(guī)則等關(guān)鍵信息，快速實(shí)現(xiàn)從電路設(shè)計(jì)到實(shí)際制造的轉(zhuǎn)化，是連接芯片設(shè)計(jì)與制造的“橋梁”。近年來，隨著人們對(duì)高速率、低延遲通信需求的急劇增長，通信技術(shù)正經(jīng)歷著快速迭代。在這一背景下，市場對(duì)高性能氮化鎵（GaN）器件的需求顯著提升。其中硅基氮化鎵（GaN-on-Si）技術(shù)憑借其高效率、高功率和高頻率的優(yōu)異性能，同時(shí)兼具硅基大尺寸、低成本的優(yōu)勢，成為高頻高通量通信領(lǐng)域（如商用衛(wèi)星通信）最具潛力的主流解決方案之一，也是全球各國競相爭奪的技術(shù)高地。硅基氮化鎵要在商業(yè)化應(yīng)用中取得突破，離不開強(qiáng)大的PDK設(shè)計(jì)套件支持。九峰山實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的這款PDK是國內(nèi)首個(gè)100 nm硅基氮化鎵商用工藝設(shè)計(jì)套（PDK），已獲得多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。其核心技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在：

01跨代際開發(fā)

為滿足高通量衛(wèi)星通信等場景對(duì)更高傳輸速率和更大帶寬的需求，跳過150 nm以下節(jié)點(diǎn)，采用100 nm柵長技術(shù)，顯著提升器件的截止頻率，使其能夠覆蓋DC到Ka波段的毫米波頻段應(yīng)用。

02高性能

通過外延和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效降低電流崩塌，減小接觸電阻，提高器件效率，這一系列技術(shù)突破使應(yīng)用終端在功耗和功率密度方面得到顯著提升。

03低成本

硅基氮化鎵技術(shù)既結(jié)合了氮化鎵材料的高頻、高功率和高效率性能優(yōu)勢，又兼具硅基價(jià)格優(yōu)勢，未來，該技術(shù)可向8寸及以上大尺寸拓展，與CMOS工藝兼容，實(shí)現(xiàn)成本的進(jìn)一步降低。

#產(chǎn)業(yè)應(yīng)用解讀

近兩年，隨著“手機(jī)直連衛(wèi)星”功能在國產(chǎn)手機(jī)上的陸續(xù)實(shí)現(xiàn)，衛(wèi)星通信逐漸走入大眾生活，讓更多人體驗(yàn)到了其便利性。而硅基氮化鎵技術(shù)在低軌商用衛(wèi)星上的應(yīng)用則完美契合人們對(duì)高速率、低延遲通信的預(yù)期。不止是衛(wèi)星通信，氮化鎵器件在5G/6G通信、自動(dòng)駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、航空航天領(lǐng)域都將扮演越來越重要的作用。一款具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、功能強(qiáng)大的PDK設(shè)計(jì)套件為氮化鎵器件的大規(guī)模市場化應(yīng)用打牢了基礎(chǔ)。

九峰山實(shí)驗(yàn)室GaN系列成果三：

系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用創(chuàng)新——動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)距離無人終端無線能量傳輸完成示范驗(yàn)證

近日，九峰山實(shí)驗(yàn)室基于自主研發(fā)的氮化鎵（GaN）器件，成功構(gòu)建起動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)距微波無線傳能系統(tǒng)，并在20米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的動(dòng)態(tài)無線供能示范驗(yàn)證。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)無線充電的距離限制，解決了接收端功率波動(dòng)與能量轉(zhuǎn)換效率低的難題，為物流、農(nóng)業(yè)、工業(yè)4.0、智能家居等領(lǐng)域提供了創(chuàng)新性技術(shù)儲(chǔ)備，標(biāo)志著我國在高頻高功率無線傳能領(lǐng)域的探索邁入新階段。

九峰山實(shí)驗(yàn)室微波無線傳能系統(tǒng)，在20米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的動(dòng)態(tài)無線供能示范驗(yàn)證微波無線傳能是一種無線能量傳輸方式，它通過電磁波遠(yuǎn)距離傳輸能量，具備構(gòu)建全域能源網(wǎng)絡(luò)的巨大潛力。這項(xiàng)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，包括但不限于遠(yuǎn)程充電、工業(yè)4.0、空間太陽能電站系統(tǒng)、通信、物聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)急救災(zāi)裝備能源保障、醫(yī)療等領(lǐng)域。此前，微波無線傳能技術(shù)系統(tǒng)傳輸效率低，亟須開發(fā)高效率的收端模塊、發(fā)端模塊和天線技術(shù)。九峰山實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)高性能GaN SBD（肖特基勢壘二極管）器件的自主研發(fā)，創(chuàng)新性提出"動(dòng)態(tài)匹配+高精定位"雙?？刂撇呗裕瓿蓜?dòng)態(tài)無線充電示范驗(yàn)證，形成多項(xiàng)發(fā)明專利集群，實(shí)現(xiàn)全鏈條自主創(chuàng)新，形成“器件升級(jí)-技術(shù)革新-國際引領(lǐng)”的鏈?zhǔn)叫?yīng)。

#產(chǎn)業(yè)應(yīng)用解讀：

人類對(duì)能量自由傳輸?shù)淖分?，貫穿著整個(gè)文明進(jìn)程。早在19世紀(jì)末，著名科學(xué)家特斯拉就提出了無線電能傳輸?shù)臉?gòu)想。歷經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)的材料革新與理論突破，微波無線傳能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)距的能量輸運(yùn)，這項(xiàng)技術(shù)有望改變電力的使用方式，讓電能傳輸像手機(jī)通信一樣擺脫線路束縛。無線傳能技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

01智慧城市——續(xù)航躍升

低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，電網(wǎng)巡檢無人機(jī)可沿輸電網(wǎng)絡(luò)自主巡航，通過微波供能網(wǎng)實(shí)時(shí)補(bǔ)能，實(shí)現(xiàn)輸電線路的連續(xù)監(jiān)測。城市物流無人機(jī)群依托樓宇頂部的無線充電節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建覆蓋城鄉(xiāng)的空中運(yùn)輸通道，擺脫地面補(bǔ)能站的近距離充電限制。此類系統(tǒng)能同步完成高壓線故障定位、物資定點(diǎn)投放等復(fù)合型任務(wù)，推動(dòng)城市基礎(chǔ)設(shè)施智能化升級(jí)。

02智能倉儲(chǔ)——無人運(yùn)維

物流中心通過嵌入無線供電系統(tǒng)，支持AGV運(yùn)輸車、機(jī)械臂與監(jiān)控設(shè)備的全天候運(yùn)作。倉儲(chǔ)機(jī)器人可在貨架間自由穿梭時(shí)持續(xù)獲能，消除傳統(tǒng)充電樁占位問題。溫濕度傳感器與安防設(shè)備依托分布式供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，減少設(shè)備維護(hù)頻次。這種無接觸式供能方案可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全自動(dòng)工作與能源獲取，顯著減少運(yùn)維人力的投入。

03智能家居——無感交互

在智能家居領(lǐng)域，微波供能可建立全域覆蓋的能量傳輸體系，確保各類電子設(shè)備在移動(dòng)中持續(xù)獲得電能補(bǔ)給。智能手表、電腦等能在任意位置實(shí)現(xiàn)無感充電，大型家電如電視、音響擺脫傳統(tǒng)電源接口束縛。依托微波無線傳能技術(shù)，使溫濕度傳感器、空氣質(zhì)量檢測模塊形成無電池化的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

04智能工廠——全時(shí)驅(qū)動(dòng)

工業(yè)4.0場景中，工廠機(jī)器人可脫離傳統(tǒng)充電樁限制，通過車間頂部的無線供電網(wǎng)絡(luò)同步充電；工業(yè)傳感器群組無需定期更換電池，大幅降低設(shè)備維護(hù)成本。服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，醫(yī)藥配送機(jī)器人可穿梭于各樓層自主充電，藥械運(yùn)輸響應(yīng)速度提升，日均服務(wù)時(shí)長延長，推動(dòng)無人化服務(wù)全面普及。

05智能醫(yī)療——無創(chuàng)功能

醫(yī)療設(shè)備革命迎來新突破，心臟起搏器、神經(jīng)刺激器等裝置可通過植入式裝置無線充電。通過開發(fā)微波無線供能系統(tǒng)，可穿透人體組織為深層植入設(shè)備持續(xù)供能。病房監(jiān)護(hù)設(shè)備群組構(gòu)建起無纜化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，各類生命體征傳感器在病床周邊自由部署，為危重患者創(chuàng)造更安全的醫(yī)療環(huán)境。

釋放化合物半導(dǎo)體的全部潛力，需要持續(xù)性創(chuàng)新、需要成熟完備的生態(tài)系統(tǒng)支持、需要強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)。九峰山實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)保持產(chǎn)業(yè)敏銳度，以領(lǐng)先的技術(shù)創(chuàng)新能力，與合作伙伴一起持續(xù)推動(dòng)化合物半導(dǎo)體行業(yè)的進(jìn)步，探索化合物半導(dǎo)體改變未來的無限可能性。

來源：九峰山實(shí)驗(yàn)室