主題：三安光電突破氮化鎵芯片產(chǎn)業(yè)化難題

　6月24日，2023年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)名單揭曉。由三安光電與西安電子科技大學(xué)、中興通訊等單位共同完成的“高能效超寬帶氮化鎵功率放大器關(guān)鍵技術(shù)及在5G通信產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項(xiàng)目，獲得2023年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　該項(xiàng)目解決了高品質(zhì)氮化鎵（GaN）射頻功放芯片在5G通信產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面的技術(shù)難題，使得GaN器件在5G移動(dòng)基站實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，確保我國(guó)基站用GaN器件及工藝處于國(guó)際領(lǐng)先地位。項(xiàng)目主要完成人之一、三安光電副總經(jīng)理林志東在接受中國(guó)證券報(bào)記者專訪時(shí)表示，秉持解決社會(huì)剛需、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)的邏輯，三安光電在關(guān)鍵性技術(shù)上進(jìn)行前瞻布局，用科技創(chuàng)新保持公司產(chǎn)品的差異化和先進(jìn)性。


三安集成氮化鎵自主工藝技術(shù)平臺(tái) 公司供圖

　　攻關(guān)核心技術(shù)

　　林志東介紹，GaN功率放大器作為5G移動(dòng)通信設(shè)備基站的核心，將載有信息的信號(hào)進(jìn)行功率放大后送到天線上發(fā)射出去，是整個(gè)基站射頻模組中功耗最大、價(jià)值最高的元器件，決定了基站的通信質(zhì)量、功耗和成本。

　　單個(gè)5G基站包含的GaN功率放大器很多。林志東表示，一個(gè)應(yīng)用32收發(fā)單元Massive MIMO的5G基站共包含96顆GaN功率放大器；而對(duì)于64收發(fā)單元的基站，GaN功率放大器多達(dá)192顆。

　　2017年，我國(guó)正處于大規(guī)模建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的前夜，在零部件層面，傳統(tǒng)的硅基或第二代砷化鎵半導(dǎo)體器件達(dá)不到5G規(guī)模建網(wǎng)要求，新一代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用勢(shì)在必行。

　　為全面保障國(guó)家5G通信設(shè)備的芯片供應(yīng)鏈，迫切需要建立自主可控的GaN射頻芯片技術(shù)制造平臺(tái)。林志東介紹，2017年，GaN功放芯片產(chǎn)業(yè)化研究項(xiàng)目正式啟動(dòng)，由三安光電全資子公司三安集成聯(lián)合西安電子科技大學(xué)以及國(guó)內(nèi)通信設(shè)備龍頭中興通訊等進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。其中，西安電子科技大學(xué)主要承擔(dān)材料和器件的基礎(chǔ)研究，三安集成則負(fù)責(zé)外延生長(zhǎng)和器件工藝開發(fā)，并推進(jìn)GaN射頻芯片技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

　　“當(dāng)時(shí)，GaN技術(shù)在民品市場(chǎng)還沒有大規(guī)模應(yīng)用。大規(guī)模建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，對(duì)零部件的良率、成本要求非常高。我們必須提升良率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高可靠性、高一致性的批量化制造，降低成本。”林志東說。

　　項(xiàng)目的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)主要在于GaN芯片量產(chǎn)的高良率、高可靠性和高一致性。林志東介紹，經(jīng)過多年的工藝技術(shù)攻關(guān)，三安集成建立了自主可控的芯片制造平臺(tái)，形成了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GaN功放芯片制造工藝技術(shù)解決方案，GaN芯片的良率從最早的30%提升到80%甚至90%，成本從過去一百多元每瓦，下降到十幾元每瓦，取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　以需求為導(dǎo)向

　　“我們實(shí)現(xiàn)了月產(chǎn)千萬顆通信射頻芯片的穩(wěn)定制造和供貨能力。截至目前，出貨已超過5萬片晶圓，累計(jì)銷售額超過20億元，有力支持了我國(guó)5G基站用GaN功放芯片發(fā)展，擺脫了對(duì)國(guó)外依賴的困境。”林志東說。

　　“無論是性能，還是成本，以及產(chǎn)品快速迭代能力，我們已經(jīng)超越國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，實(shí)現(xiàn)本土產(chǎn)業(yè)化供應(yīng)。”林志東表示，三安集成的GaN功放芯片性能得到客戶認(rèn)可，從二供提升到主供地位。根據(jù)Yole的市場(chǎng)報(bào)告以及公司供應(yīng)的晶圓數(shù)量計(jì)算，三安集成GaN功放芯片在全球可占到20%的份額。

　　該項(xiàng)目通過產(chǎn)學(xué)研緊密合作、聯(lián)合研究攻關(guān)，突破的技術(shù)難題涵蓋材料、工藝、器件和應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域，全面帶動(dòng)我國(guó)GaN材料、器件和芯片制造全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

　　2020年1月，三安光電以“高光效長(zhǎng)壽命半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目與中國(guó)科學(xué)院等單位聯(lián)袂榮獲2019年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　兩次與科研機(jī)構(gòu)緊密合作，聯(lián)合攻克技術(shù)難題并斬獲一等獎(jiǎng)，林志東感受到我國(guó)科學(xué)技術(shù)研究范式的變化。

　　“早期，科研機(jī)構(gòu)往往更關(guān)注學(xué)術(shù)論文的發(fā)表，近幾年則更接地氣、更貼近社會(huì)剛需。比如，可以由企業(yè)提出技術(shù)問題，科研機(jī)構(gòu)解答問題，雙方聯(lián)合攻克難點(diǎn)，加速科技創(chuàng)新迭代進(jìn)程。”林志東表示。

　　我國(guó)5G商用已經(jīng)走過五周年，6G預(yù)研已拉開序幕。林志東表示，6G作為下一代更先進(jìn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，有望真正開啟萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能的時(shí)代，其通信頻譜會(huì)從當(dāng)前的6GHz及以下擴(kuò)展到毫米波乃至太赫茲頻段，這對(duì)功率放大器提出了高頻、高效的要求，正好契合GaN器件的優(yōu)勢(shì)。“我們積極投入對(duì)6G功放器件的研發(fā)，已經(jīng)處于實(shí)驗(yàn)室小批量量產(chǎn)階段。”林志東透露。

　　公司實(shí)行“631”的科研資源投放策略。林志東解釋，將60%的資源用于未來兩到三年市場(chǎng)急需技術(shù)，30%用在未來三到五年的關(guān)鍵技術(shù)，比如滿足6G需求的GaN器件技術(shù)。針對(duì)更遠(yuǎn)期的下一代技術(shù)方案，比如在金剛石襯底上做GaN，大概會(huì)分配10%的資源，以此確保公司實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展。

　　“不論市場(chǎng)好與壞，對(duì)于社會(huì)剛需的關(guān)鍵技術(shù)，我們都會(huì)堅(jiān)持投入，同時(shí)通過我們的制造基因?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。”林志東說。



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