在第三代氮化鎵芯片時代,中國可以後來者居上嗎?

機會洞察家


說到氮化鎵可能很多朋友都不怎麼熟悉,不瞭解的人還以為這是一種全新的半導體材料。

實際上氮化鎵這種材料很早就誕生了,而且一直有應用,只不過最近一段時間被小米帶火了。

2月13日,小米年度旗艦手機小米10正式發佈,其中有一款手機搭載Type-C 65W氮化鎵充電器脫穎而出。 雷軍在發佈會上介紹,氮化鎵是一種新型半導體材料,做出的充電器體積特別小,充電效率卻特別高,像小米氮化鎵65W充電器,比標配的65W充電器體積要小一半,而要把Mi 10 PRO充滿電只需要45分鐘。



從雷軍的介紹可以看出看出氮化鎵是非常厲害的,但至於雷軍所說的氮化鎵是一種新型半導體材料,這個就有點扯淡了,實際上氮化鎵並不是一個新鮮事物,它在國外已經推了十幾年,國內也早有研究,早在1990年氮化鎵就應用在在發光二極管中,1998年中國十大科技成果之一是合成納米氮化鎵。

只不過一直以來氮化鎵應用領域並不是很廣,大多都是應用在軍工等高精尖領域,最近幾年隨著大家對氮化鎵研究的不斷深入,氮化鎵的應用越來越廣,而且最近幾年開始成為第3代芯片材料。



與傳統的硅芯片材料相比,氮化鎵優勢是非常明顯的,傳統的硅芯片材料本身就有一些缺陷,比如當溫度超過200攝氏度後,硅基設備開始出故障 ,而相對來說,氮化鎵的堅硬性好,熔點高達1700℃,其耐高溫程度要遠遠超過普通的圭硅心片材料,此外氮化鎵能應對的電場強度也是硅的50多倍。

也正因為氮化鎵具有良好的耐熱性能,因此由其製成的電子設備幾乎不需要冷卻,很多電子設備配備氮化鎵晶體管後將不再需要高能耗的冷卻系統,從而減少電子設備的能耗。

正因為氮化鎵擁有優越的性能,所以目前它的應用範圍越來越廣,目前氮化鎵目前的應用方向主要有三個:一是光電領域,如LED、VCSEL傳感器等;二是功率領域,包括快充頭、變頻器、新能源汽車、消費電子等電子電力器件;三是射頻領域,包括5G基站、軍事雷達、低軌衛星、航天航空等領域。



而小米手機所搭載氮化鎵充電器就屬於功率領域的應用,但這個氮化鎵充電器並不是由小米自己研發的,而是由小米所投資的一家美國公司供應,這家公司叫做納微。

納微成立於2014年,總部設立在美國洛杉磯,其創始團隊主要來自於IR(國際整流器公司)和仙童半導體,其中微聯合創始人Dan Kinzer,曾擔任仙童半導體的首席技術官,是第一代硅功率MOS和第三代氮化鎵功率芯片的聯合發明者。

目前在氮化鎵技術研究領域,美國中國是處於世界領先地位的,比如目前市場上比較知名的氮化鎵代表勢力中第一梯隊有英諾賽科、納微、EPC 等代表企業。

其中英諾賽科是中國的一家企業,英諾賽科創辦於 2015 年 12 月,是一家專注於第三代半導體硅基氮化鎵研發與產業化的高新技術企業,目前在中國珠海和蘇州擁有兩個研發和產業化基地,這家企業率先在全世界範圍內率先實現了 8 英寸硅基氮化鎵量產工藝,並先後推出系列產品,產品各項性能均達到國際領先水平。



由此可見在第3代半導體材料發展方面我國已經取得了很明顯的優勢,中國是有可能在第3代半導體材料方面實現彎道超車的。


貸款教授


好多小夥伴都沒有聽說過氮化鎵,更不用說氮化鎵芯片了。而且,氮化鎵是第三代芯片,是不是覺得不可思議呢?

那麼,芯片經歷的三代芯片是什麼呢?

第一代,硅芯片

第二代 砷化鎵芯片

第三代 氮化鎵芯片

這三代芯片,本文為大家科普一下,讓大家有個大致的瞭解。

一. 硅芯片

硅芯片是大家極為熟悉的芯片了。我們以前使用的電腦,手機的芯片絕大多數都是硅芯片。不過,硅芯片雖然使用得較為廣泛。

但是,它的極限大約是5納米級別,如果想容納更多的元器件在有限的空間內,硅芯片似乎走到了極致。我們不得不說,硅芯片對人類的巨大貢獻,是它開闢了微電腦時代,智能手機時代。那麼是不是硅芯片就做不了7納米以下的芯片了呢?現在給出定論還為時過早。

二.砷化鎵芯片

砷化鎵屬於人造半導體材料,

並且,砷化鎵是原子晶體。這樣,它具有良好的半導體性能外,砷化鎵可作半導體材料,性能比硅更優良。

據報道砷化鎵像硅一樣容易使用,芯片運算的速度至少是硅片的2至3倍。砷化鎵可以製成電阻率比硅、鍺高3個數量級以上的半絕緣高阻材料。

三. 氮化鎵芯片

氮化鎵芯片,小米首先應用在快充上了。

實際上,氮化鎵具有更好的導電性

GaN材料的研究與應用是目前全球半導體研究的前沿和熱點,是研製微電子器件、光電子器件的新型半導體材料,並與SIC、金剛石等半導體材料一起,被譽為是繼第一代Ge、Si半導體材料、第二代GaAs、InP化合物半導體材料之後的第三代半導體材料。它具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩定性好(幾乎不被任何酸腐蝕)等性質和強的抗輻照能力,在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。

氮化鎵現在備受關注,據報道,小米發佈GaN快充 氮化鎵GaN站上風口。

化鎵用於器件設計與製造,主要應用於芯片,包括LED芯片、射頻芯片、激光芯片與功率器件等。其中,氮化鎵功率器件的應用場景之一就是小米10的充電器。射頻芯片的重要應用場景是5G基站,這兩個應用方向處於探索推廣階段,中國都走在了前面。


任哥論道


氮化鎵被成為第三代半導體材料,想要在未來半導體領域競爭中追趕上外國企業,對這一領域的研究和應用至關重要。目前來說,在氮化鎵這個領域我們還是較落後於國際先進水平,但有了國家的重點規劃和支持還是能追趕上。

1、第三代半導體電力電子技術路線圖

我國對氮化鎵研究使用整體較晚,這一領域的技術上相對是落後的,但是作為第三代半導體材料起重要性不言而喻,因此國家一再給予重點扶持。在2018年時我國正式發佈了《第三代半導體電力電子技術路線圖》,該文件對我國氮化鎵的發展提出了明確的路徑,同時涉及到襯底/外延/器件、封裝/模塊、SiC應用、GaN應用這四個方面的具體應用。

可以說給整個行業非常具有指導意義,這個路線圖的背後是工信部、科技部,以及各大院校和一些行業內的專業廠商,可以說是集全產業鏈從業成員,對未來這個領域的發展均有舉足輕重的作用。

2、現有國產氮化鎵產業鏈

對於氮化鎵的研究雖然整體上較為落後,但這並不代表我們沒有對應的產業鏈,事實上作為一種全新的半導體材料,氮化鎵給了我們彎道超車的絕佳機會,可以徹底擺脫在第一代、第二代半導體上的上落後。

目前我國的氮化鎵有著上、中、下較為完整的產業鏈(較好的企業總計大概有20餘家),這包括襯底供應商、外延供應商、射頻供應商、電子電力器件供應商、功率器件供應商、光東供應商以及代工廠商,涵蓋了從氮化鎵晶片生產一直到氮化鎵芯片代工生產的全產業鏈。

比如代工廠商還海威華芯現在可以代工生產氮化鎵各種高端芯片,生產的產品可以應用於5G、雷達、物聯網等等。

3、氮化鎵產品主要面向哪些領域

或許有人看到這次小米發佈氮化鎵充電器後,可能以為這材料只能應用於這種小配件上,其實這種想法是錯誤的,氮化鎵的作為非常大,在很多核心領域都用上氮化鎵芯片,我這裡例舉幾個主要的應用領域。

相控雷達:軍事器材中應用氮化鎵很常見,比如在相控雷達中就已經大量應用氮化鎵射頻器件,而其他的如氮化鎵功率器件也在一些軍事設備中得到應用。

5G領域:目前國內5G正在如火如荼的發展中,而在5G這個通信領域設備中氮化鎵是理想的基站建設材料。目前國內的華為和中興都已經準備進入這個領域。

電動汽車:現在國內正在大力推進電動車,因此氮化鎵也大有用武之地,功率器件可以給電動車提供加好的動力。

以上其實還只是一部分涉及領域,剩餘還包括白電、機器人、物聯網、新能源、互聯網等領域也均能使用上。

Lscssh科技官觀點:

綜合而言,現在我們國產氮化鎵已經是起步了,並且也有了較為明確的發展路線圖,依靠國內龐大的市場,以及各種領域的應用需求,未來完全可以追趕上當前的一些外國企業。



Lscssh科技官


謝謝您的問題。我認為,中國企業已介入氮化鎵芯片產業鏈中,發揮了重要作用,不應是後來居上。

氮化鎵確實有前景。氮化鎵(GaN)是第三代半導體材料,具有大強度、高熔點、高熱導率、強化學穩定性等顯著優點,主要生產功率器件。小米10的充電器用到了氮化鎵,助推了業內對氮化鎵的關注。有國外專業機構統計,2024 年氮化鎵功率市場將達到 7.5億美元的規模,年均增長近100%。


氮化鎵芯片很有用。氮化鎵用於器件設計與製造,主要應用於芯片,包括LED芯片、射頻芯片、激光芯片與功率器件等。其中,氮化鎵功率器件的應用場景之一就是小米10的充電器。射頻芯片的重要應用場景是5G基站,這兩個應用方向處於探索推廣階段,中國都走在了前面。

氮化鎵產業鏈的中國元素。第一,上游。日本企業佔據了氮化鎵襯底的絕大多數市場,國內蘇州納維科技公司、東莞市中鎵半導體科技公司涉足該業務。第二,中游。有國內的三安光電(生產LED外延片、芯片等)、海特高新(生產砷化鎵、氮化鎵等化合物芯片),士蘭微公司生產功率器件,富滿電子生產電源管理類芯片、LED控制芯片等,雲南鍺業生產高純度砷化鎵單晶。在這個產業鏈中,我們沒有缺席,而且努力探索。第三,下游。有小米公司等在充電器上的應用。

歡迎關注,批評指正。


追科技的風箏


中國在氮化鎵的基礎研究上不弱的,南昌大學的江風益教授就是這個行業的大咖,目前水平和日本,,美國一個水平線上,。


第四片楓葉


自從小米10上市起,氮化鎵才走進了人們的視野,走到了全球科技的聚光燈下,讓中國的科技又領先了世界一步。中國的好多家高科技上市公司這幾天漲瘋了,原來氮化鎵咱中國才是老大,咱開始的晚,但是咱發展的快呀,後來居上是肯定的,沒有哪個國家比咱中國的產量大用量大,多了,經驗就更多了,超越美國不是夢。


激情大雄鷹


我覺得憑藉我國市場的不斷壯大,只要有足夠的市場去支撐,我國的半導體材料會有長足的進步,畢竟現在是市場決定經濟的導向。


會飛的魚兒123


中國肯定可以的,中國人比較聰明,再加上有現成的成品,可以縮短研發週期,開可以後來居上


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