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據了解，5G時代是氮化鎵的時代。據麥姆斯咨詢報道，GaN（氮化鎵）將在未來幾十年內以20%的復合年增長率（CAGR）顯著地滲透兩個主要市場——國防和無線通信，可以說，GaN將以其功率/效率水平和高頻性能，在5G無線解決方案中發揮關鍵作用，以氮化鎵為代表的第三代半導體材料也成為大國之間新的爭奪目標。
 

氮化鎵的技術是如何作用于5G通信？作為先驅者，中國是否有望通過氮化鎵技術實現半導體產業彎道超車？基于這個新興產業及技術，59區策劃相關選題，想跟葉鋼鋒博士好好聊聊，真誠希望葉博士不吝賜教，給予機會。
 

葉鋼鋒：曾任職于東芝、TDK、Avogy以及多家創業公司，在美國硅谷半導體行業有超過十年的工作經驗，負責氮化鎵材料和器件研發，是行業內知名的技術專家。
 

中國在氮化鎵技術全產業鏈都著力很深
 

59區：據資料顯示，中國在氮化鎵技術研究上，其實算是領先國家。比如1998年，中國十大科技成果之一是合成納米氮化鎵。目前，這個領域涌現了很多華人科學家，在氮化鎵技術研究上貢獻突出。能否大概介紹一下中國目前在氮化鎵技術研究及應用上的發展情況？其中，有哪些龍頭企業值得關注？它們各自的技術優勢是什么？
 

葉鋼鋒：氮化鎵技術是個統稱，涵蓋了氮化鎵在材料、器件設計和制造、應用等多個領域的技術。同時，氮化鎵技術是個新興的技術，我國在這一領域的投入和獲得的成就與世界上在這方面最先進的國家比毫不遜色。目前在氮化鎵技術的基礎領域，也就是材料方面，我國多家企業和研究機構可量產高質、可靠的純氮化鎵晶圓和硅基氮化鎵晶圓，其它類型襯底的氮化鎵晶圓研發也在積極推進當中。這一堅實的基礎為國內氮化鎵技術的研發和最終的市場化提供了最根本的保障。
 

同時，我國在器件設計和制造方面緊追世界一流水平，甚至在某些領域已經實現了領導市場的格局。比如LED產業，三安光電一家LED產能就占全球產能的20%。氮化鎵器件另外幾個重要領域，比如射頻器件（微波器件）、電力電子器件、激光器件等我國也都有布局，在北京、江蘇、廣東三地形成了氮化鎵技術的“聚居區”，在氮化鎵技術各個關鍵器件領域都進行積極探索。但是，器件領域也是我國技術最薄弱的環節，特別是在高端氮化鎵器件的設計和制造上與國際領先水平存在著差距。我國的《電力電子器件產業發展藍皮書2016~2020年》提到 “2010年后，我國在該領域的專利申請數量出現明顯的增長。目前我國寬禁帶材料和器件的專利數量僅次于日本、美國和德國，居全球第四位”， “綜合而言我國寬禁帶電力電子器件技術和產業水平還落后于國際先進水平“。
 

市場方面完全是我國的優勢所在。我國擁有巨大的市場和世界領先的制造力，由此而來對于具有顛覆市場的氮化鎵產品產生了無以倫比的推動力。比如，目前太陽能逆變器的最大生產廠商之一目前所有的產品的核心都是基于硅材料的電力電子器件，但是他們早就開始了基于氮化鎵電力電子器件的產品開發。一旦合格的氮化鎵電力電子器件實現量產，更高效、更便宜的太陽能逆變器也將立即問世。在另外一個領域，5G市場，基于氮化鎵射頻器件的基站、手機功率放大器等大家也耳熟能詳，誰能主導氮化鎵射頻器件某種意義上可以說是決定了未來誰能主導5G市場。
 

由上可見，我國在氮化鎵技術全產業鏈都著力很深，也取得了舉世矚目的成就。如何將我國的優勢（扎實的基礎產業、世界領先的制造能力、巨大的市場）發揮出來，那么如何引進世界一流的技術并和自身的優勢作結合是關鍵。
 

氮化鎵的優異性體現在多個方面
 

59區：其實，氮化鎵并不算非常新的技術，LED的有效成分就是氮化鎵。為什么氮化鎵會在當下獲得各大企業及投資機構青睞？與硅基器件相比，氮化鎵技術的優勢在哪里？
 

葉鋼峰：氮化鎵為什么被稱為“第三代“半導體材料，就是因為該材料的性能具有革命性的優勢。和前幾代半導體材料作比較，氮化鎵的優勢大到完全顛覆產品所在市場。比如，自從LED問世后，照明市場一夜之間換了主角：LED更高效（省電）、更長壽、更便宜（全壽命看）、更亮、色彩更多、體積更小、應用場合更多等等等等。這一切，歸根結底都來自于氮化鎵材料的優異性能。
 

同時，氮化鎵的優異性能還可以在很多別的領域體現出來，大家可以期待著這些領域或者市場在未來5~15年會被氮化鎵產品完全顛覆。由于氮化鎵器件對硅器件在很多領域都可實現替代，下面只舉一例。電力電子器件領域，硅器件的拳頭產品是IGBT器件，與同級別的氮化鎵電力電子器件的對比如下：最高工作頻率從20KHz提高到10MHz（速度提高500倍）、最高工作溫度從150°C提高到400°C、器件尺寸降低95%等等，所以從性能上氮化鎵器件大幅超越硅器件。
 

從成本角度看，硅從器件技術成熟，成本沒有繼續下降的空間。氮化鎵器件的成本主要來自于晶圓（或者襯底）本身。而為了降低氮化鎵晶圓成本，人們發展了多項技術，比如在硅晶圓上生長一層氮化鎵、同時解決了不同材料的匹配問題，這將大大降低晶圓成本；大尺寸純氮化鎵晶圓的目前已經研發成功，2020年在江蘇量產。因而，氮化鎵器件的成本在可見的將來可低于硅器件，從而在技術優勢的基礎上還將形成更大的市場優勢。
 

產業鏈齊全，但核心技術仍是短板
 

59區：從產業發展來說，光有技術研發還不夠，還需要完善成熟的產業鏈支撐。請問，在產業布局和發展上，目前國內氮化鎵是一個什么狀態？與韓國、日本、美國等國家相比，我們的優劣勢在哪里？
 

葉鋼峰：我國是制造大國，產業鏈非常齊全。同時，氮化鎵產業上下游的支持、配合我國也最齊全，另外我國也是世界最大的市場之一。這一優勢使得氮化鎵技術最有可能在我國發揚光大。但是要說缺失，那么我們就是在高科技產品上缺失核心技術。氮化鎵相關領域，“入門級”產品 LED已經由我國已經形成領導全球市場的態勢，而且優勢越來越大。但是在電力電子器件、射頻（微波）器件、激光器件方面，我們還缺乏核心技術，目前主要是在追趕世界一流水平。科研工作者在巨量的資源支持下、通過長時間的探索獲得的高新科技，并非一朝一夕就能趕上。我國在這方面的劣勢，需要較長時間才能扭轉。
 

在射頻器件上，氮化鎵有天然優勢
 

59區：日前，華為通過旗下的哈勃科技投資了一家以碳化硅為主的半導體材料公司，這意味著華為也在逐漸涉足半導體技術領域。請問，您怎么看華為的動作？氮化鎵與碳化硅之間的區別是？
 

葉鋼峰：前段時間華為、中興的遭遇明白地告訴大家，核心技術一定要自己掌握。在這一認識下看華為的動作就不足為奇了。以華為為代表的企業，其實都在做類似的動作，其核心就是掌握半導體最核心技術。而《中國制造2025》就是系統地列舉了我國希望在中短期內力爭掌握技術核心的領域。值得一提的是，氮化鎵技術多次被提及，涉及到了關鍵戰略材料、先進半導體材料、先進軌道交通、新能源汽車、電力裝備等多個關鍵領域，是一項具有戰略意義的科學技術。
 

碳化硅和氮化鎵同屬第三代半導體材料，都是寬禁帶材料，都具有遠超前幾代半導體材料的優異性能。碳化硅技術早發展近20年，產業化步伐也早于氮化鎵技術。氮化鎵雖然發展晚一些，但其性能超過碳化硅早就為大家所知，其發展潛力高于碳化硅。比如，一度大家認為在取代硅電力電子器件方面，氮化鎵在600V以下具有優勢，而碳化硅在600V以上具有優勢，但是最新的研究成果（主要是美國和日本）都能制造1200V的氮化鎵器件，其性能已經遠超碳化硅器件的理論極限。同時，在射頻器件方面，氮化鎵器件具有天然的優勢，這也讓大家特別看好氮化鎵技術在5G市場的發展。
 

氮化鎵將助力中國半導體技術快速向前發展
 

59區：以您的判斷來說，中國有望通過氮化鎵助力中國半導體產業彎道超車嗎？
 

葉鋼峰：先看個實例，照明行業以前我們沒有什么世界級的企業。而憑借LED，我國三安光電和華燦光電年營收超過100億人民幣，占全國55%的LED芯片市場。這都是歸功于我國登上了由氮化鎵技術誕生的LED這趟快車，從而實現彎道超車。一個行業可以由一項新技術而發生翻天覆地的變化。
 

氮化鎵技術在半導體技術的一個重要分支，其代表的產業的年產值超過1000億美元。這些產業包括了軌道交通、電動汽車、顯示、照明、綠色能源、家用電器等，都是關乎國計民生的關鍵產業。 目前，這些行業絕大部分的芯片依賴國外，比如我們高鐵的電機控制器的芯片、電動汽車電能適配器芯片、家用電器馬達控制器芯片等。可以說，我國什么都能制造了，就缺芯片！因此，一旦在芯片領域獲得突破，相應行業將全部獨立自主，同時在技術性能和成本上更具競爭力。
 

我們在LED照明行業看到了新技術帶來的變化，如果氮化鎵技術能在國內繼續落地生根、發揚光大，那么在不遠的將來可以看到更多的行業產生世界級的高科技企業在中國產生，推進半導體技術的向前快速發展。


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