三安光电突破氮化镓芯片产业化难题

2024-06-25 04:16:17 来源: 中国证券报 作者:杨洁

  6月24日,2023年度国家科学技术奖名单揭晓。由三安光电600703)与西安电子科技大学、中兴通讯等单位共同完成的“高能效超宽带氮化镓功率放大器关键技术及在5G通信产业化应用”项目,获得2023年度国家科学技术进步奖一等奖。

  该项目解决了高品质氮化镓(GaN)射频功放芯片在5G通信产业化应用方面的技术难题,使得GaN器件在5G移动基站实现规模应用,确保我国基站用GaN器件及工艺处于国际领先地位。项目主要完成人之一、三安光电副总经理林志东在接受记者专访时表示,秉持解决社会刚需、实现产业化目标的逻辑,三安光电在关键性技术上进行前瞻布局,用科技创新保持公司产品的差异化和先进性。

  攻关核心技术

  林志东介绍,GaN功率放大器作为5G移动通信设备基站的核心,将载有信息的信号进行功率放大后送到天线上发射出去,是整个基站射频模组中功耗最大、价值最高的元器件,决定了基站的通信质量、功耗和成本。

  单个5G基站包含的GaN功率放大器很多。林志东表示,一个应用32收发单元Massive MIMO的5G基站共包含96颗GaN功率放大器;而对于64收发单元的基站,GaN功率放大器多达192颗。

  2017年,我国正处于大规模建设5G网络的前夜,在零部件层面,传统的硅基或第二代砷化镓半导体器件达不到5G规模建网要求,新一代半导体材料产业化应用势在必行。

  为全面保障国家5G通信设备的芯片供应链,迫切需要建立自主可控的GaN射频芯片技术制造平台。林志东介绍,2017年,GaN功放芯片产业化研究项目正式启动,由三安光电全资子公司三安集成联合西安电子科技大学以及国内通信设备龙头中兴通讯等进行联合攻关。其中,西安电子科技大学主要承担材料和器件的基础研究,三安集成则负责外延生长和器件工艺开发,并推进GaN射频芯片技术产业化。

  “当时,GaN技术在民品市场还没有大规模应用。大规模建设5G网络,对零部件的良率、成本要求非常高。我们必须提升良率,同时实现高可靠性、高一致性的批量化制造,降低成本。”林志东说。

  项目的难点和挑战主要在于GaN芯片量产的高良率、高可靠性和高一致性。林志东介绍,经过多年的工艺技术攻关,三安集成建立了自主可控的芯片制造平台,形成了拥有自主知识产权的GaN功放芯片制造工艺技术解决方案,GaN芯片的良率从最早的30%提升到80%甚至90%,成本从过去一百多元每瓦,下降到十几元每瓦,取得了极大的经济效益和社会效益。

  以需求为导向

  “我们实现了月产千万颗通信射频芯片的稳定制造和供货能力。截至目前,出货已超过5万片晶圆,累计销售额超过20亿元,有力支持了我国5G基站用GaN功放芯片发展,摆脱了对国外依赖的困境。”林志东说。

  “无论是性能,还是成本,以及产品快速迭代能力,我们已经超越国际竞争对手,实现本土产业化供应。”林志东表示,三安集成的GaN功放芯片性能得到客户认可,从二供提升到主供地位。根据Yole的市场报告以及公司供应的晶圆数量计算,三安集成GaN功放芯片在全球可占到20%的份额。

  该项目通过产学研紧密合作、联合研究攻关,突破的技术难题涵盖材料、工艺、器件和应用等多个领域,全面带动我国GaN材料、器件和芯片制造全产业链发展。

  2020年1月,三安光电以“高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化”项目与中国科学院等单位联袂荣获2019年度国家科学技术进步奖一等奖。

  两次与科研机构紧密合作,联合攻克技术难题并斩获一等奖,林志东感受到我国科学技术研究范式的变化。

  “早期,科研机构往往更关注学术论文的发表,近几年则更接地气、更贴近社会刚需。比如,可以由企业提出技术问题,科研机构解答问题,双方联合攻克难点,加速科技创新迭代进程。”林志东表示。

  我国5G商用已经走过五周年,6G预研已拉开序幕。林志东表示,6G作为下一代更先进的移动通信系统,有望真正开启万物感知、万物互联、万物智能的时代,其通信频谱会从当前的6GHz及以下扩展到毫米波乃至太赫兹频段,这对功率放大器提出了高频、高效的要求,正好契合GaN器件的优势。“我们积极投入对6G功放器件的研发,已经处于实验室小批量量产阶段。”林志东透露。

  公司实行“631”的科研资源投放策略。林志东解释,将60%的资源用于未来两到三年市场急需技术,30%用在未来三到五年的关键技术,比如满足6G需求的GaN器件技术。针对更远期的下一代技术方案,比如在金刚石衬底上做GaN,大概会分配10%的资源,以此确保公司实现创新驱动发展。

  “不论市场好与坏,对于社会刚需的关键技术,我们都会坚持投入,同时通过我们的制造基因实现产业化目标。”林志东说。

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