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上海押注鑽石與氧化鎵晶片

上海押注鑽石與氧化鎵晶片
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🐼閱讀原文： Pandaily
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💡上海對新型材料的押注，可能重塑 AI 基礎設施的未來硬體供應鏈。

⚡ 30-Second TL;DR

有什麼變化

上海於 2024 年 3 月開始系統性布局第四代半導體。

為什麼重要

若該生態系逐步成熟，這些材料可能為高要求的 AI 與電力電子工作負載擴充硬體選項。更大的戰略意義在於，上海正嘗試把累積研究轉化為國內半導體供應與商業化管線。

下一步行動

在確定長期 AI 加速器或資料中心設計前，先檢視硬體路線圖中的氧化鎵與鑽石功率元件供應商。

誰應關注：Enterprise & Security Teams

關鍵要點

  • •上海於 2024 年 3 月開始系統性布局第四代半導體。
  • •臨港預計於 2026 年推進首個產業集群建設計畫。
  • •氧化鎵與鑽石被確立為該計畫的核心材料。
  • •Sinan 等孵化器正協助連結半導體研究與商業產品開發。

🧠 深度解析

背景與延伸：來自公開資料，非原文內容。引用 17 個來源。

🔑 增強重點摘要

  • •第四代半導體又稱超寬禁帶半導體 (UWBG)，其禁帶寬度通常大於3.4 eV，在高功率、高頻和高溫環境下表現優異，超越了第三代半導體材料如碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN)。
  • •上海臨港新片區已集聚全國過半的第四代半導體企業，使其成為全國第四代半導體領域企業數量最多、方向最全的地區。
  • •中國科技部已將氧化鎵列入「十四五重點研發計畫」，這項國家級的政策支持正加速其研究與產業化進程。
  • •氧化鎵相較於碳化矽和氮化鎵，其主要優勢在於可採用熔融法（Melt Growth）生長大尺寸、高品質單晶襯底，類似於矽晶圓的生產方式，有望大幅降低製造成本。
  • •鑽石半導體因其超寬禁帶（5.45eV）、極高擊穿場強（10MV/cm）和卓越的導熱率（>2000W/m·K），被譽為「終極半導體材料」，特別適用於極端環境和高功率密度散熱，例如AI晶片。

🛠️ 技術深入

  • 氧化鎵 (Ga₂O₃):
    • 具有約4.8 eV的超寬禁帶，遠高於碳化矽（~3.2 eV）和氮化鎵（~3.4 eV）。
    • 臨界擊穿電場強度極高，約為8 MV/cm，是碳化矽和氮化鎵的兩倍以上，矽的20倍。
    • 巴利嘉優值 (BFOM) 極高，是碳化矽的10倍，氮化鎵的4倍，意味著在相同耐壓下可實現更低的導通電阻。
    • 可採用熔體法（如EFG法）生長大尺寸、高品質單晶襯底，具有巨大的成本潛力，目前已有4英寸襯底商用化，6英寸在研發中。
    • β-Ga₂O₃是目前研究最多且最接近應用的同分異構體。
    • 器件研發重點包括MOSFET（透過高品質介電層改善界面態）、垂直晶體管（解決電流崩塌和自熱效應）及二極管（SBD和JBS實驗室耐壓已突破8kV）。
    • 加工硬度接近矽，可沿用既有矽晶圓設備進行切割、研磨和拋光，有助於降低製造成本。
  • 鑽石:
    • 擁有5.45 eV的超寬禁帶。
    • 擊穿場強高達10 MV/cm。
    • 熱導率極高，超過2000 W/m·K，是銅的5倍、矽的十餘倍。
    • 具有高載流子飽和漂移速度、優異的電絕緣性和介電常數。
    • 熱膨脹係數與矽晶片高度接近，有助於減少冷熱循環下的開裂。
    • 主要合成方法包括高壓高溫法 (HPHT) 和化學氣相沉積法 (CVD)，其中CVD法在真空條件下進行，有助於獲得更高純度、更大面積的鑽石薄膜。
    • 應用潛力包括高功率密度、高頻率電子裝置的散熱（如AI晶片）、5G/6G通訊、微波/毫米波積電路以及極端環境下的高溫、高頻、抗輻照電子裝置。

🔮 前景展望AI analysis grounded in cited sources

上海臨港將成為全球第四代半導體技術創新的重要中心。
臨港已集聚全國過半的第四代半導體企業，並透過政策、基金和孵化器構建全鏈條培育體系，旨在加速技術從實驗室走向商業化應用。
氧化鎵功率元件將在未來十年內顯著滲透中高壓及特高壓應用市場。
氧化鎵具備超寬能隙、極高擊穿電場和潛在的低製造成本優勢，使其在新能源汽車、超高壓電網等領域比第三代半導體更具性價比和性能優勢。
鑽石半導體將成為解決AI晶片散熱瓶頸的關鍵材料，並推動極端環境電子裝置的發展。
鑽石擁有極高的熱導率、耐高溫和抗輻射特性，能有效應對AI晶片日益增長的功耗和極端工況下的性能需求。

⏳ 時間線

2019
臨港集成電路產業規模不到10億元人民幣。
2024-03
上海在全國率先啟動第四代半導體的全鏈條系統性布局，將其列為未來產業培育重點。
2024-08
臨港新片區公示2024年度智能工廠擬認定企業名單，其中包括半導體材料和設備企業。
2025-05
臨港新片區啟動建設全國首個第四代半導體未來產業集聚區。
2026-07
臨港新片區出台全國首個《第四代半導體未來產業集聚區建設方案（2026-2028年）》，並舉辦2026司南杯·第四代半導體創新創業大賽總決賽。
2026-08
上海臨港已集聚全國過半的第四代半導體企業，成為全國第四代半導體領域企業數量最多、方向最全的地區。
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