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郝跃：《宽禁带半导体发展还需要加大自主创新》
2026-06-02 09:07:51
作者：郝跃（中国科学院院士，博士生导师，西安电子科技大学集成电路学部主任）
宽禁带半导体最明显的特征，便是它的半导体禁带宽度宽，从材料的性质方面更接近于绝缘体。因此，以氮化镓和碳化硅为代表的这类宽禁带半导体材料，拥有高的击穿电场强度、高的工作温度、低的器件导通电阻、高的电子密度等优势，目前宽禁带半导体主要在三个领域有强大的市场的竞争力。
第一是射频器件，即微波毫米波器件。相比于砷化镓和硅等半导体材料，在微波毫米波段的宽禁带半导体器件工作效率和输出功率明显高，适合做射频功率器件。民用射频器件主要用在移动通信方面，包括现在的4G、5G和未来的6G通信。例如，国内新装的4G和5G移动通信的基站几乎全用氮化镓器件。尤其是5G基站采用MIMO收发体制，每个基站64路收发，耗电量是4G基站的3倍以上，而且基站的密集度还要高于4G基站，不用高效率的氮化镓器件几乎是不可能的。未来6G通信频率更高、基站数更多，矛盾将更加突出。
第二是大功率电力电子器件。快充装置、输变电系统、轨道交通、电动汽车和充电桩等都需要大功率、高效率的电力电子器件。无疑宽禁带半导体，尤其是碳化硅、氮化镓具有比其他半导体材料更为明显的优势。
第三是光电器件。宽禁带半导体尤其在短波长光电器件方面有很明显的优势。例如蓝光，现在所有的半导体照明已经采用了氮化镓。在紫光、紫外光甚至在黄光、绿光等方面都可以直接用氮化物半导体作为材料。
当然，还有其他应用领域，例如探测器、传感器等方面，应用十分广阔。前，我国半导体产业面临“卡脖子”问题，主要卡在关键设备和材料方面。但在宽禁带半导体设备方面，目前大多数领域我们都实现了本土化，从材料生长、器件和电路工艺到测试封装设备，国内基本能够满足需求。唯独光刻机仍然没有解决。其实，像氮化镓等宽禁带半导体所需要的光刻机工艺制程并不需要十分先进，光刻精度90纳米就够了。在国家相关政策的支持下，这个技术我们是可以实现的。当前已经研制成功的光刻机，应当尽快实现稳定的量产，这方面我们还需努力。我们能做到做好的能够变成产业化的东西，一定要把它做到能用。
在宽禁带半导体方面，我们国家器件的研制技术和指标是与国际基本同步的，甚至有些指标是领先的。问题在于，这些技术如何从研发环节快速转换到生产环节。目前，国内诸多的生产厂家自身是没有研发能力的，基本是拿来主义。例如，我们西安电子科技大学的宽禁带半导体国家工程研究中心，研发了不少高指标的材料和器件技术。推广出去之后，开始厂家们能把器件做出来，但若要在这个基础上做进一步的创新，就有困难了。我们国家提出企业是创新的主体，企业如果只是拿来却不创新，再好的技术也不能持续转换成生产力。目前，很多企业在研发方面的投入十分有限，主要的研发投入还是依靠国家。对比看国际领先的半导体企业，英特尔一年的研发费用大概在100亿美元以上。我国的企业要提高创新能力，也要在如何加大研发资金投入上想办法。
作者介绍：
郝跃：中国科学院院士，西安电子科技大学集成电路学部主任、教授、博士生导师，国际IEEE学会高级会员，国家重大基础研究计划（973计划）项目首席科学家、国家有突出贡献的中青年专家和微电子技术领域的著名专家，国家电子信息科学与工程专业指导委员会副主任委员，九三学社第十四届中央委员会常委。郝跃院士长期从事新型宽禁带半导体器件和材料、新型微纳米半导体器件与材料等方面的科学研究与人才培养。先后主持了多项国家科技攻关、863高科技项目、973计划项目、国家自然科学基金等项目；在国内外著名刊物和重要国际会议上发表论文200余篇，其中SCI 180余篇，被他引600余次，国家发明专利7项；出版《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》《碳化硅宽带隙半导体技术》等多部著作和教材；研究成果获得国家技术发明奖二等奖1项、国家科技进步奖二等奖2项、国家科技进步奖三等奖1项。荣获国家级教学成果一等奖1项、国家级教学成果二等奖1项、何梁何利科学与技术奖、陕西省最高科学技术奖。 是第九、第十、第十三届全国政协委员和第十一届全国人大代表。
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