手機(jī)電腦快充器件、新能源車載電源、5G基站、MicroLED、深紫外LED……這些設(shè)備都離不開氮化鎵外延材料，這也讓該材料成為資本市場關(guān)注的“寵兒”。
根據(jù)相關(guān)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)的預(yù)測顯示，到2026年，全球氮化鎵電子和光電子材料和器件市場規(guī)模將突破423億美元，年均復(fù)合增長率約為13.5%。這意味著氮化鎵有望成為第三代半導(dǎo)體市場的“香餑餑”。
北京大學(xué)物理學(xué)院教授沈波團(tuán)隊(duì)在學(xué)校的支持下，推動(dòng)北京大學(xué)寬禁帶半導(dǎo)體研究中心的科研成果落戶順義區(qū)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園，并以技術(shù)入股形式成立北京中博芯半導(dǎo)體有限公司（以下簡稱中博芯）。
日前，沈波在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“2024年公司的主要任務(wù)是早日實(shí)現(xiàn)氮化鎵外延片銷售的大幅提升。”
沈波 受訪者供圖
技術(shù)獲得認(rèn)可
進(jìn)入21世紀(jì)以來，以氮化鎵、碳化硅、氧化鎵、金剛石為四大代表的第三代半導(dǎo)體材料開始初露頭角。
禁帶寬度大、擊穿電場強(qiáng)、導(dǎo)通電阻低、電子遷移率高、轉(zhuǎn)換效率高、熱導(dǎo)率高、損耗低……這些優(yōu)勢使得氮化鎵成為備受關(guān)注的第三代半導(dǎo)體材料。
1995年在日本取得博士學(xué)位后，沈波就開始從事氮化鎵外延片材料的研究，取得了突出的學(xué)術(shù)成就。沈波告訴《中國科學(xué)報(bào)》：“我們研究的落腳點(diǎn)就是要解決氮化鎵半導(dǎo)體走向?qū)嶋H應(yīng)用面臨的各種關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，這也是我們半導(dǎo)體物理這個(gè)學(xué)科本身的特點(diǎn)。”
“氮化物半導(dǎo)體是一種寬禁帶半導(dǎo)體，主要制備方法是外延生長在藍(lán)寶石、硅等異質(zhì)襯底材料上，外延材料中高缺陷密度成為氮化物半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。”沈波團(tuán)隊(duì)的主要研究圍繞大失配異質(zhì)外延展開，包括襯底的圖形化技術(shù)等領(lǐng)域。
憑借氮化物半導(dǎo)體大失配異質(zhì)外延技術(shù)，沈波團(tuán)隊(duì)獲得2018年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)理由是，發(fā)明了有效提升外延質(zhì)量的圖形化藍(lán)寶石襯底新技術(shù)和外延生長新方法，制備出部分質(zhì)量指標(biāo)國際領(lǐng)先的氮化物半導(dǎo)體外延材料，比較好地解決了襯底和氮化鎵失配的問題，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
“實(shí)驗(yàn)室里技術(shù)要變成企業(yè)產(chǎn)品，需要一個(gè)復(fù)雜的中試過程，此前我們一直跟企業(yè)合作，2020年我們在北京大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化管理部門的幫助下成立了中博芯。”沈波介紹，“從最初的5人到如今40多人，中博芯的技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)獲得越來越多的認(rèn)可。”
產(chǎn)品適銷對路
這些年來，沈波團(tuán)隊(duì)在技術(shù)攻關(guān)的同時(shí)一直跟產(chǎn)業(yè)界保持密切合作，在他眼中，將技術(shù)成果轉(zhuǎn)讓給企業(yè)是成果轉(zhuǎn)化，自己親自參與創(chuàng)業(yè)也是成果轉(zhuǎn)化，后者比寫一篇論文更復(fù)雜。
沈波發(fā)現(xiàn)，公司在技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)沒有特別大的困難，要打開市場，除了高性能外，產(chǎn)品適銷對路更重要。
企業(yè)內(nèi)部管理、產(chǎn)品市場銷售、跟社會和政府打交道……這些對沈波來說有點(diǎn)困難，用他的話來說：“大學(xué)教授也得從頭開始學(xué)。做實(shí)驗(yàn)有時(shí)候?yàn)檫_(dá)到指標(biāo)而不計(jì)成本，做企業(yè)需要關(guān)注質(zhì)量、關(guān)注訂單、關(guān)注客戶，企業(yè)生產(chǎn)需要標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)的工藝技術(shù)，才能更好地適應(yīng)市場形勢變化。”
“雖然我們在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)將技術(shù)產(chǎn)品打磨得很好，但批量生產(chǎn)更看重成熟穩(wěn)定的產(chǎn)品輸出，而不完全是實(shí)驗(yàn)室那些高要求下產(chǎn)出的亮眼指標(biāo)。”沈波告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“創(chuàng)業(yè)的第一步是將技術(shù)落地變成產(chǎn)品，第二步是打開市場完成銷售，第三步是擴(kuò)大規(guī)模實(shí)現(xiàn)盈利，現(xiàn)在中博芯處于第二個(gè)階段。”
據(jù)了解，中博芯已經(jīng)擁有LED外延用高溫MOCVD、大尺寸Si基GaN外延用MOCVD、4英寸芯片線，以及各類半導(dǎo)體分析測試設(shè)備，涵蓋了從外延生長到芯片制備等產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)。
“現(xiàn)在，公司有專業(yè)的運(yùn)營管理團(tuán)隊(duì)，我除了公司工作外，依然在北京大學(xué)從事教書育人和科學(xué)研究。”在創(chuàng)業(yè)的同時(shí)，沈波并沒有耽誤科研工作。
2023年6月，沈波團(tuán)隊(duì)在氮化物寬禁帶半導(dǎo)體大失配異質(zhì)外延研究上獲重要進(jìn)展——?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展了一種“可控離散和可控聚合”的外延方法, 相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-材料》， 并榮膺2023年度“中國半導(dǎo)體十大研究進(jìn)展”。沈波說：“由于前期創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)，這些新的成果也很順利地快速投入公司的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用推廣。”
資本早期介入
盡管中博芯的成立時(shí)間不長，但在其成立之初就收獲了資本市場的關(guān)注。
由北京大學(xué)與北京科創(chuàng)基金合作組建北京大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化基金——元培基金就是陪伴中博芯成長的一支耐心基金。該基金規(guī)模10.02億人民幣，用以聚焦北大重大原始創(chuàng)新項(xiàng)目，支持原始創(chuàng)新從實(shí)驗(yàn)室走向市場。2019年，沈波在申請校內(nèi)科技成果轉(zhuǎn)化的過程中，元培基金就主動(dòng)找上門。
“我們在關(guān)注第三代半導(dǎo)體材料的時(shí)候，就已經(jīng)了解到沈波及其帶領(lǐng)的北京大學(xué)寬禁帶研究中心是國內(nèi)氮化鎵材料研發(fā)技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)之一。”元培基金董事總經(jīng)理潘峰告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“沈波團(tuán)隊(duì)在技術(shù)水平、投資規(guī)模、產(chǎn)品領(lǐng)先性等方面均占優(yōu)，這也是我們投資的主要考量。”
談及資本市場為什么關(guān)注氮化鎵外延材料，潘峰表示，目前國內(nèi)的氮化鎵外延材料發(fā)展處于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的初期，已經(jīng)在5G基站、手機(jī)快充領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較為普遍的應(yīng)用，未來在數(shù)據(jù)中心電源、汽車電源、新型顯示領(lǐng)域，還有著廣闊的應(yīng)用前景。
“在氮化鎵外延材料這塊，國內(nèi)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)已經(jīng)處于全球領(lǐng)先水平，市場需求卻沒有得到充分滿足，整體供應(yīng)偏緊張，主要原因是外延材料生長過程中的技術(shù)難度較高，對設(shè)備、工藝、材料理解等各方面都是全新的挑戰(zhàn)。”潘峰指出，如今主流的氮化鎵外延材料所用的襯底包括硅襯底和碳化硅襯底兩類，硅襯底價(jià)格便宜，但產(chǎn)品性能不足；碳化硅高溫高頻等各項(xiàng)性能優(yōu)異，但碳化硅襯底成長慢、尺寸小、良率低，導(dǎo)致成本過高，下游市場接受難度較大。
潘峰認(rèn)為，氮化鎵外延材料企業(yè)未來發(fā)展的機(jī)會體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是有完整的工藝能力，有能力面對下游不同行業(yè)的需求，使用硅、碳化硅、氮化鎵、藍(lán)寶石不同襯底來生長優(yōu)質(zhì)外延材料的能力；二是有能力使用低成本大尺寸硅襯底，生長出高質(zhì)量氮化鎵外延材料的能力；三是在MOCVD、MBE等設(shè)備領(lǐng)域有能力研發(fā)出替代國外的設(shè)備。
本文鏈接：第三代半導(dǎo)體外延材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用之路http://www.lensthegame.com/show-11-3088-0.html
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