?半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)獲悉：近日，九峰山實驗室GaN系列成果首次重磅發(fā)布！在顛覆性材料、器件及設計創(chuàng)新、系統(tǒng)級應用創(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100nm高性能氮化鎵流片PDK平臺、動態(tài)遠距離無人終端無線能量傳輸完成示范驗證。

作為第三代化合物半導體材料的代表，氮化鎵（GaN）憑借其優(yōu)異的物理特性和廣闊的應用前景，正在全球范圍內(nèi)掀起一場產(chǎn)業(yè)技術革命。你或許已在消費電子產(chǎn)品里見過它。小巧高效的GaN充電器讓手機、筆記本電腦等設備充電速度大幅提升的同時體積變小。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、雷達與導航、智慧醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)等高端應用發(fā)展的核心驅動力，正在達到規(guī)模化應用的臨界點。

GaN器件應用場景，圖源網(wǎng)絡

盡管前景廣闊，GaN的廣泛應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，通過一系列技術創(chuàng)新和規(guī)?；a(chǎn)來釋放GaN的全部潛力。九峰山實驗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)應用取得一系列突破性成果。它們分別是：

九峰山實驗室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，九峰山實驗室科研團隊在全球首次實現(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)級芯片在頻率、效率、集成度等方面越級提升，為下一代通信、自動駕駛、雷達探測、微波能量傳輸?shù)惹把丶夹g發(fā)展提供有力支撐。

九峰山實驗室8英寸硅基氮極性氮化鎵襯底氮化鎵晶體結構的極性方向對器件性能和應用有著重要影響，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、高功率器件等領域，氮極性氮化鎵比傳統(tǒng)的鎵極性氮化鎵技術優(yōu)勢更明顯。作為高頻通信與雷達探測的關鍵半導體材料，氮極性氮化鎵已成為國際科研界深入探索的焦點。然而由于嚴苛的材料生長條件、高度復雜的工藝等瓶頸制約，目前國際上僅有少數(shù)機構可小批量生產(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) 九峰山實驗室8英寸N極性GaN晶圓實物照片, (b) N極性GaNOI截面透射電鏡照片

九峰山實驗室此技術成果，是全球首次在8英寸硅襯底上實現(xiàn)氮極性氮化鎵高電子遷移率功能材料（N-polar GaNOI）制備，打破了國際技術壟斷。其主要突破體現(xiàn)在以下三個方面：一是成本控制，采用硅基襯底，兼容8英寸主流半導體產(chǎn)線設備，深度集成硅基CMOS工藝，使該技術能迅速適配量產(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。

氮極性氮化鎵主要應用領域

#產(chǎn)業(yè)應用解讀：

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，這對于需要高頻操作的領域來說十分重要，5G/6G通信、衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)等領域都有望從中獲益。

氮極性氮化鎵器件在無線通訊系統(tǒng)的應用

一旦突破量產(chǎn)技術臨界點，氮極性氮化鎵材料將在以上領域開辟新的應用場景，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到革新性推動作用。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材料。

九峰山實驗室GaN系列成果二：

器件及設計創(chuàng)新——全國首個100nm高性能氮化鎵流片PDK平臺

近日，九峰山實驗室發(fā)布國內(nèi)首個100 nm硅基氮化鎵商用工藝設計套（PDK），性能指標達到國內(nèi)領先、國際一流水平。作為全球第二個、國內(nèi)首個商用方案，其技術指標可支撐高通量Ku/Ka頻段低軌衛(wèi)星通信，能夠滿足下一代移動通信、商用衛(wèi)星通信與航天領域、車聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、手機終端等多領域對高頻、高功率、高效率氮化鎵器件的需求，推動我國相關領域器件從“進口替代”邁向“技術輸出”。

PDK（Process Design Kit，工藝設計套件）是半導體制造中不可或缺的工具包。它為芯片設計者提供工藝參數(shù)、器件模型、設計規(guī)則等關鍵信息，快速實現(xiàn)從電路設計到實際制造的轉化，是連接芯片設計與制造的“橋梁”。近年來，隨著人們對高速率、低延遲通信需求的急劇增長，通信技術正經(jīng)歷著快速迭代。在這一背景下，市場對高性能氮化鎵（GaN）器件的需求顯著提升。其中硅基氮化鎵（GaN-on-Si）技術憑借其高效率、高功率和高頻率的優(yōu)異性能，同時兼具硅基大尺寸、低成本的優(yōu)勢，成為高頻高通量通信領域（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高地。硅基氮化鎵要在商業(yè)化應用中取得突破，離不開強大的PDK設計套件支持。九峰山實驗室發(fā)布的這款PDK是國內(nèi)首個100 nm硅基氮化鎵商用工藝設計套（PDK），已獲得多項自主知識產(chǎn)權。其核心技術優(yōu)勢體現(xiàn)在：

01跨代際開發(fā)

為滿足高通量衛(wèi)星通信等場景對更高傳輸速率和更大帶寬的需求，跳過150 nm以下節(jié)點，采用100 nm柵長技術，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用。

02高性能

通過外延和器件結構設計，有效降低電流崩塌，減小接觸電阻，提高器件效率，這一系列技術突破使應用終端在功耗和功率密度方面得到顯著提升。

03低成本

硅基氮化鎵技術既結合了氮化鎵材料的高頻、高功率和高效率性能優(yōu)勢，又兼具硅基價格優(yōu)勢，未來，該技術可向8寸及以上大尺寸拓展，與CMOS工藝兼容，實現(xiàn)成本的進一步降低。

#產(chǎn)業(yè)應用解讀

近兩年，隨著“手機直連衛(wèi)星”功能在國產(chǎn)手機上的陸續(xù)實現(xiàn)，衛(wèi)星通信逐漸走入大眾生活，讓更多人體驗到了其便利性。而硅基氮化鎵技術在低軌商用衛(wèi)星上的應用則完美契合人們對高速率、低延遲通信的預期。不止是衛(wèi)星通信，氮化鎵器件在5G/6G通信、自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、航空航天領域都將扮演越來越重要的作用。一款具有知識產(chǎn)權的、功能強大的PDK設計套件為氮化鎵器件的大規(guī)模市場化應用打牢了基礎。

九峰山實驗室GaN系列成果三：

系統(tǒng)級應用創(chuàng)新——動態(tài)遠距離無人終端無線能量傳輸完成示范驗證

近日，九峰山實驗室基于自主研發(fā)的氮化鎵（GaN）器件，成功構建起動態(tài)遠距微波無線傳能系統(tǒng)，并在20米范圍內(nèi)實現(xiàn)對無人機的動態(tài)無線供能示范驗證。該技術突破了傳統(tǒng)無線充電的距離限制，解決了接收端功率波動與能量轉換效率低的難題，為物流、農(nóng)業(yè)、工業(yè)4.0、智能家居等領域提供了創(chuàng)新性技術儲備，標志著我國在高頻高功率無線傳能領域的探索邁入新階段。

九峰山實驗室微波無線傳能系統(tǒng)，在20米范圍內(nèi)實現(xiàn)對無人機的動態(tài)無線供能示范驗證微波無線傳能是一種無線能量傳輸方式，它通過電磁波遠距離傳輸能量，具備構建全域能源網(wǎng)絡的巨大潛力。這項技術在多個領域具有潛在的應用價值，包括但不限于遠程充電、工業(yè)4.0、空間太陽能電站系統(tǒng)、通信、物聯(lián)網(wǎng)、應急救災裝備能源保障、醫(yī)療等領域。此前，微波無線傳能技術系統(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。九峰山實驗室成功實現(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"動態(tài)匹配+高精定位"雙?？刂撇呗裕瓿蓜討B(tài)無線充電示范驗證，形成多項發(fā)明專利集群，實現(xiàn)全鏈條自主創(chuàng)新，形成“器件升級-技術革新-國際引領”的鏈式效應。

#產(chǎn)業(yè)應用解讀：

人類對能量自由傳輸?shù)淖分?，貫穿著整個文明進程。早在19世紀末，著名科學家特斯拉就提出了無線電能傳輸?shù)臉嬒?。歷經(jīng)一個多世紀的材料革新與理論突破，微波無線傳能技術可實現(xiàn)動態(tài)遠距的能量輸運，這項技術有望改變電力的使用方式，讓電能傳輸像手機通信一樣擺脫線路束縛。無線傳能技術的應用范圍廣泛，包括但不限于以下幾個方面：

01智慧城市——續(xù)航躍升

低空經(jīng)濟領域，電網(wǎng)巡檢無人機可沿輸電網(wǎng)絡自主巡航，通過微波供能網(wǎng)實時補能，實現(xiàn)輸電線路的連續(xù)監(jiān)測。城市物流無人機群依托樓宇頂部的無線充電節(jié)點網(wǎng)絡，構建覆蓋城鄉(xiāng)的空中運輸通道，擺脫地面補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、物資定點投放等復合型任務，推動城市基礎設施智能化升級。

02智能倉儲——無人運維

物流中心通過嵌入無線供電系統(tǒng)，支持AGV運輸車、機械臂與監(jiān)控設備的全天候運作。倉儲機器人可在貨架間自由穿梭時持續(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備依托分布式供電網(wǎng)絡運行，減少設備維護頻次。這種無接觸式供能方案可實現(xiàn)設備的全自動工作與能源獲取，顯著減少運維人力的投入。

03智能家居——無感交互

在智能家居領域，微波供能可建立全域覆蓋的能量傳輸體系，確保各類電子設備在移動中持續(xù)獲得電能補給。智能手表、電腦等能在任意位置實現(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，使溫濕度傳感器、空氣質量檢測模塊形成無電池化的監(jiān)測網(wǎng)絡。

04智能工廠——全時驅動

工業(yè)4.0場景中，工廠機器人可脫離傳統(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，大幅降低設備維護成本。服務機器人領域，醫(yī)藥配送機器人可穿梭于各樓層自主充電，藥械運輸響應速度提升，日均服務時長延長，推動無人化服務全面普及。

05智能醫(yī)療——無創(chuàng)功能

醫(yī)療設備革命迎來新突破，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備持續(xù)供能。病房監(jiān)護設備群組構建起無纜化監(jiān)測網(wǎng)絡，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、需要強有力的產(chǎn)業(yè)驅動。九峰山實驗室將繼續(xù)保持產(chǎn)業(yè)敏銳度，以領先的技術創(chuàng)新能力，與合作伙伴一起持續(xù)推動化合物半導體行業(yè)的進步，探索化合物半導體改變未來的無限可能性。

來源：九峰山實驗室