摘要：氮化镓（GaN）正在重塑半导体行业游戏规则。近日，九峰山实验室已从材料、器件到产业应用取得一系列突破性成果。
九峰山实验室8英寸硅基氮极性氮化镓衬底
8英寸硅基氮极性氮化镓衬底
突破1
——高性能芯片的“地基”
“如果说芯片是高楼大厦，材料就是地基。”吴畅用一句话点出这项突破的核心价值。作为第三代化合物半导体材料代表，氮化镓正在全球范围内掀起一场产业技术革命：小巧高效的氮化镓充电器让手机、笔记本电脑等设备充电速度大幅提升的同时体积变小；凭借其高频率、高功率和高效率特性，氮化镓器件还能在无线通信、卫星通信等极端环境下工作，同时提供更大输出功率和更高能量效率。氮极性氮化镓主要应用领域
氮化镓晶体结构分为‘氮极性’与‘镓极性’两种极化类型。其中，氮极性氮化镓凭借更高频率、更强功率的特性，被视为毫米波通信、雷达探测等领域的“黄金材料”。然而由于严苛的材料生长条件、高度复杂的工艺等瓶颈制约，全球仅少数机构能生产2-4英寸衬底，且成本高昂。目前，实验室团队在衬底尺寸、成本控制、性能及良率提升方面都取得了重大突破。采用硅基衬底后，氮极性氮化镓可兼容8英寸主流半导体产线设备，使该技术能迅速适配量产工艺，键合界面良率超99%，为该材料大规模产业化奠定基础。据悉，该技术将加速6G基站、自动驾驶雷达等高端器件的国产化进程。100nm高性能氮化镓流片PDK平台
突破二
——芯片设计的“智能工具包”
材料突破只是第一步，如何让芯片设计师像“搭积木”一样快速开发芯片？九峰山实验室交出了第二份答卷——国内首个100nm硅基氮化镓商用工艺设计套（PDK）。PDK（Process Design Kit，工艺设计套件）是半导体制造中不可或缺的工具包，为芯片设计者提供工艺参数、器件模型、设计规则等关键信息，快速实现从电路设计到实际制造的转化，是连接芯片设计与制造的“桥梁”。九峰山实验室氮化镓PDK研发团队
如果说芯片设计是拼乐高，PDK平台就像是一套“智能工具包”，将每个基础模块加工成设计师想要的形状，让芯片更小巧、更精致。目前，这套PDK平台性能指标已达到国内领先、国际一流水平，可满足下一代移动通信、商用卫星通信与航天领域、车联网及工业物联网、手机终端等多领域需求，推动我国相关领域器件从“进口替代”迈向“技术输出”。“过去设计一款氮化镓芯片，如同闭眼走迷宫。现在有了PDK，我们给设计师配上了导航仪。”吴畅说。举例而言，如果把芯片设计中使用的EDA工具比作小霸王游戏机，那PDK则是游戏机的“插卡”，让设计师在氮化镓领域“开挂”。据介绍，该平台已在跨代际开发、高性能和低成本方面实现突破：平台跳过150nm技术节点，直接攻克100nm栅长工艺；通过一系列技术突破使应用终端在功耗和功率密度方面显著提升；未来可向8寸及以上大尺寸拓展并与CMOS工艺兼容，进一步降低成本。20米无线传能
突破三
——让"隔空充电"走进现实
“氮化镓的高频特性就像‘能量激光笔’，能把电能精准‘射’向目标。”展厅内，吴畅正对着一块大屏讲解一套基于自主研发的氮化镓器件构建的动态远距微波无线传能系统，可实现20米范围内对无人机的动态无线供能。微波无线传能是一种无线能量传输方式，通过电磁波远距离传输能量，在远程充电、工业4.0、空间太阳能电站系统、通信、物联网、应急救灾装备能源保障、医疗等领域具有潜在应用价值。九峰山实验室微波无线传能系统，在20米范围内实现对无人机的动态无线供能示范验证
未来，停车场、高速公路可埋设充电板，电动汽车“边行驶边充电”，无人机无限续航执行救援任务，甚至太空电站向地面传输电能都有可能变为现实。来源：中国光谷
