大家这两年可能听惯了关于3nm、2nm芯片的焦虑,耳朵都要起茧子了。
西方在逻辑芯片上的围堵确实让我们难受了一阵子,但很多人没注意到,就在我们盯着那颗小小的CPU发愁时,另一条更为宽广、更具战略意义的赛道上,中国已经悄无声息地完成了惊天逆转。
这不是弯道超车,这是换道超车。
当我们还在讨论碳化硅和氮化镓的时候,中国已经在第四代半导体材料——氧化镓以及金刚石半导体领域,拿到了绝对的“话语权”。
这不仅仅是技术上的突破,更是一场关于战略资源的绝地反击。
要知道,这种材料的核心原料之一——锑,在地壳中的丰度仅为十万分之6.5,比稀土还要稀缺100倍。
而这一次,不管是矿产资源、提炼技术,还是核心专利、量产尺寸,中国都稳稳地坐在了牌桌的主位。
2022年8月,美国商务部突然发难,将氧化镓、金刚石等第四代半导体材料列入出口管制清单。
那时候,他们的算盘打得很精:中国在第三代半导体上已经追得很紧了,必须在第四代刚萌芽的时候就把我们掐死在摇篮里,以此遏制我们在6G通信、特高压输电这些尖端领域的发展。
可惜,他们低估了中国人的韧性,也看错了手里的牌。
2016年,中国电科46所就攻克了2英寸氧化镓单晶生长技术,那时候日本还以为自己能垄断。
到了2018年,我们做出了4英寸。
而到了今天,杭州镓仁半导体已经发布了全球首颗8英寸氧化镓单晶。
这意味着在晶体尺寸这个关键指标上,我们比日本原定的计划提前三年实现了技术跨越。
提到专利,这才是真正的“杀手锏”。
截至2022年底,中国在氧化镓功率半导体领域的有效专利数就已经达到568件,位居全球第一,日本以400件屈居第二。
到了今天,这个差距还在拉大。
这是一个明晃晃的“阳谋”:西方想要绕过中国的专利墙去发展第四代半导体,几乎是不可能的任务。
咱们来聊聊这个“第四代”到底强在哪里,为什么值得国家这么下大力气去搞。
简单来说,这就是一场性能上的“降维打击”。
大家知道,现在的电动车充电还是不够快,电网输电损耗还是有点大。
根本原因在于现有的硅基,甚至第三代的碳化硅材料,物理极限快到了。
浙江一家充电桩工厂最近就在行业里火了。
他们去年试着把核心模组换成了国产的氧化镓方案。
结果怎么样?单桩成本直接下降了4.2万元,而且连续6个月零报修。
更夸张的是,这种新模组支持的电压轻松突破1200V,配合最新的电池技术,充电7分钟就能跑800公里。
这对于有“里程焦虑”的新能源车主来说,简直是福音。
订单直接暴涨了300%,工厂机器转得都要冒烟了。
这就是技术的红利,实打实地落在了产业上。
而且,氧化镓还有一个让碳化硅望尘莫及的优势:便宜。
碳化硅为什么贵?因为它太难伺候了,要在2500度的高温下像蒸桑拿一样慢慢升华生长,一小时长不了一毫米。
而氧化镓呢?它可以用类似蓝宝石的“熔体法”生长,说白了就是化成水直接拉晶体,速度快、良品率高。
虽然碳化硅现在很火,但在超高压、低损耗的特定领域,氧化镓凭借着“白菜价”和高性能,极有可能在碳化硅还没完全回本的时候,就把它给替代了。
当然,做技术报道不能只报喜不报忧。
氧化镓虽然千般好,但它有一个致命的死穴——导热差。
它的热导率极低,甚至比硅还差,只有硅的五分之一。
在半导体这个行当里,发热就是魔鬼。
功率一大,热散不出去,器件分分钟烧毁。
这也是为什么前几年西方虽然眼馋它的性能,却迟迟不敢大规模商用的原因。
他们觉得这是一个无解的物理缺陷。
但是,中国科学家的智慧就在于“变废为宝,强强联合”。
这里必须提到西安电子科技大学的郝跃院士团队。
就在不久前,他们搞出了一个惊艳全球的方案:异质集成。
既然氧化镓自己不散热,那就给它找个最能散热的搭档——金刚石。
通过在氧化镓和金刚石之间加一层石墨烯,不仅完美解决了两种材料“性格不合”(晶格失配)的问题,还把界面热阻降到了传统技术的十分之一。
这项突破,彻底扫清了氧化镓走向高功率应用的最后一道障碍。
现在,我们手握全球最大的金刚石产能,又攻克了最难的集成技术。
这不仅仅是商业利益的问题,更关乎国家能源安全和国防安全。
在国家大力推行“双碳”目标的背景下,这就是能源革命的基石。
用它做的雷达,探测距离更远,能更早发现隐身目标;用它做的深空探测器,能在极端的宇宙辐射中长时间工作。
这也是为什么美国早在2022年就急着要封锁我们的原因,他们太清楚这东西的威力了。
美国虽然嘴上喊着制裁,但面对中国在资源和专利上的双重壁垒,也显得力不从心。
国家“十五五”规划已经在持续加码,大基金重点投入,第四代半导体被纳入国家重点研发计划。
回过头来看,这场胜利给我们最大的启示是什么?
当全世界都在为摩尔定律的物理极限焦虑时,中国选择了换道。
我们没有在别人设定好规则的赛道上死磕,而是利用自己的资源优势和制度优势,开辟了一个全新的战场。
在这个战场上,规则是我们定的,标准是我们立的,资源是我们控的。
以前我们总说“缺芯少魂”,那是历史欠账。
但在功率半导体,尤其是第四代半导体这个领域,中国已经昂首挺胸地站到了世界的最前排。
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