我国科学家国际首创 8 英寸硅基氮极性氮化镓衬底、全国首个 100nm 高性能氮化镓流片 PDK 平台

　　3 月 24 日消息，九峰山实验室官方公众号于 3 月 22 日发布博文，宣布以氮化镓材料为核心，国际首创 8 英寸硅基氮极性氮化镓衬底(N-polar GaNOI)、创新推出全国首个 100nm 高性能氮化镓流片 PDK 平台，并实现了动态远距离无人终端无线能量传输完成示范验证。

　　项目背景

　　作为第三代化合物半导体材料的代表，氮化镓(GaN)凭借其优异的物理特性和广阔的应用前景，正在全球范围内掀起一场产业技术革命。

　　你或许已在消费电子产品里见过它。小巧高效的 GaN 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。这只是它释放潜力的众多场景之一。

　　凭借其高频率、高功率和高效率的特性，GaN 正在成为众多行业的“游戏规则改变者”。GaN 器件能在极端环境、在更高的频率范围下工作，同时提供更大的输出功率和更高的能量效率，已成为无线通信、卫星通信、雷达与导航、智慧医疗、物联网等高端应用发展的核心驱动力，正在达到规模化应用的临界点。

　　国际首创 8 英寸硅基氮极性氮化镓衬底(N-polar GaNOI)

　　氮化镓晶体结构的极性方向对器件性能和应用有着重要影响，根据晶体生长的极性方向，主要分为氮极性氮化镓(N-polar GaN)和镓极性氮化镓(Ga-polar GaN)两种相反的极化类型。已有研究表明，在高频、高功率器件等领域，氮极性氮化镓比传统的镓极性氮化镓技术优势更明显。

　　九峰山实验室 8 英寸硅基氮极性氮化镓衬底

　　九峰山实验室此技术成果，是全球首次在 8 英寸硅衬底上实现氮极性氮化镓高电子迁移率功能材料(N-polar GaNOI)制备，打破了国际技术垄断。

　　(a) 九峰山实验室 8 英寸 N 极性 GaN 晶圆实物照片,(b) N 极性 GaNOI 截面透射电镜照片

　　其主要突破体现在以下三个方面：一是成本控制，采用硅基衬底，兼容 8 英寸主流半导体产线设备，深度集成硅基 CMOS 工艺，使该技术能迅速适配量产工艺;二是材料性能提升，材料性能与可靠性兼具;三是良率提升，键合界面良率超 99%。以上突破为该材料大规模产业化奠定了重要基础。

　　全国首个 100nm 高性能氮化镓流片 PDK 平台

　　IT之家援引博文介绍，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。它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”。

　　九峰山实验室发布的这款 PDK 是国内首个 100 nm 硅基氮化镓商用工艺设计套(PDK)，已获得多项自主知识产权。其核心技术优势体现在：

　　跨代际开发

　　为满足高通量卫星通信等场景对更高传输速率和更大带宽的需求，跳过 150 nm 以下节点，采用 100 nm 栅长技术，显著提升器件的截止频率，使其能够覆盖 DC 到 Ka 波段的毫米波频段应用。

　　高性能

　　通过外延和器件结构设计，有效降低电流崩塌，减小接触电阻，提高器件效率，这一系列技术突破使应用终端在功耗和功率密度方面得到显著提升。

　　低成本

　　硅基氮化镓技术既结合了氮化镓材料的高频、高功率和高效率性能优势，又兼具硅基价格优势，未来，该技术可向 8 寸及以上大尺寸拓展，与 CMOS 工艺兼容，实现成本的进一步降低。

　　20 米远距无线传输能量

　　九峰山实验室基于自主研发的氮化镓(GaN)器件，成功构建起动态远距微波无线传能系统，并在 20 米范围内实现对无人机的动态无线供能示范验证。

　　该技术突破了传统无线充电的距离限制，解决了接收端功率波动与能量转换效率低的难题，为物流、农业、工业 4.0、智能家居等领域提供了创新性技术储备，标志着我国在高频高功率无线传能领域的探索迈入新阶段。

　　微波无线传能是一种无线能量传输方式，它通过电磁波远距离传输能量，具备构建全域能源网络的巨大潜力。这项技术在多个领域具有潜在的应用价值，包括但不限于远程充电、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。