2月26日消息，记者从西安电子科技大学芜湖研究院获悉，作为芜湖大院大所合作的重点项目，国产化5G通信芯片用最新一代碳化硅衬底氮化镓材料试制成功，打破国外垄断。据专家说，这标志着今后国内各大芯片企业生产5G通信芯片，有望用上国产材料。生产芯片有望用上国产材料，这实际上就是自主创新，如果创新的成效足够大，那么必然是颠覆性的。
众所周知，集成电路本身是我们产业的薄弱环节，所以这则科技创新新闻有必要让笔者好好了解下所谓的碳化硅衬底氮化镓到底是个什么材料。
碳化硅是什么？衬底的氮化镓材料又是什么？这种双结合的创新是否可以利用到集成电路创新？最好的情况是碳化硅衬底的氮化镓成为国产材料的跨越性突破，完全打破了国外的垄断，并且创造了广阔的市场空间，唯有此，这才能引起市场的狂热，下面就给大家挖挖这个尚未热潮的技术题材。
集成电路，按照产品种类分为四大类：微处理器、存储器、逻辑器件、模拟器件。随着半导体器件应用领域的不断扩大，许多特殊场合要求半导体能够在高温、强辐射、大功率等环境下依然能够坚持使用，第一代（硅、锗）、第二代（化合物半导体）半导体材料无能为力。大部分半导体器件和99%以上的集成电路，实际上都是由硅材料制作的。随着应用范围的扩大，以硅材料为主的半导体，已经无法满足高温、高压、抗辐射等方面要求，而碳化硅材料则是硅材料的有力补充。
碳化硅和氮化镓都是当前功率半导体的核心技术方向。碳化硅器件的效率、功率密度等性能远远高于当前市场主流产品。
以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带半导体材料为半导体材料的市场主导，统称第三代半导体材料。第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度，更高的击穿电场、热导率，适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为高温半导体材料。从第三代半导体材料和器件的研究来看，较为成熟的是碳化硅和氮化镓，且碳化硅技术最为成熟，而氧化锌、金刚石、氮化铝等材料的研究尚属起步阶段。
SiC碳化硅是一种天然超晶格，由于Si与C双原子层堆积序列的差异会导致不同的晶体结构，有着超过200种同质多型族。SiC很适合用作新一代发光二极管（LED）的衬底材料、大功率电力电子材料。举个例子：碳化硅LED照明设备可以在亮度提高2倍的情况下，只使用原LED灯的使用数量的70%，使用成本下降40%，导热能力提高10倍。LED照明是未来光照领域的发展方向，日常生活中人们可见到的各类信号灯、车内照明、信息屏、彩色显示设备，白光照明现在都利用碳化硅LED半导体，它能够实现更高的电光转换效率，大幅降低成本、减少污染。
碳化硅还广泛运用于新能源汽车的快速充电技术。传统的新能源汽车推广的难点之一就是充电慢，而现在开发的快速充电桩则使用碳化硅半导体材料，可以大大提高设备的充电效率、降低使用成本，整套装置的投资更少，收益更高。高端的特斯拉汽车，例如现在产量最高的M3车型中核心的电机控制器全部使用碳化硅半导体模块。因为在碳化硅的器件可以耐高温，M3车型可以通过提高驱动模块的工作温度来保证动力系统的长时间高功率输出，这也是特斯拉在电机技术中独领风骚的优势之一。
碳化硅还是一种可以应用在微波通讯上的关键材料。微波通讯采用的功率器件需要满足高频、大功率和耐高温的要求，是军用雷达系统的核心部件。
碳化硅基微波功率器件的核心材料高纯半绝缘碳化硅衬底产品生产、加工难度大，此前只有少数国家掌握该技术，并对他国进行技术封锁和产品禁运。
但是国产碳化硅实现突破，其功率密度不仅仅可以满足军用，更可以应用到民用5G网络的建设。高纯碳化硅半导体材料技术的成功自研，使得卫星通讯、大数据、云计算、人工智能、物联网等对网络传输速度和容量有极高要求的功率器件的国产化程度更高，这也是自主可控的重大突破。
根据上面的分析，我们可以知道碳化硅是制造高温、高频、大功率半导体器件的理想衬底材料，也是第三代半导体产业产业链的关键基础材料之一。
氮化镓也是一种重要的半导体材料，在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用，用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。
氮化镓比硅基器件贵，但是论系统整体成本，氮化镓与硅基器件的成本差距已经非常小，在大规模量产后可实现比硅器件更高性能与更低成本。
简单的来说，碳化硅和氮化镓都是重要的半导体材料，随着半导体照明、电力电子、激光器、太阳能产业的发展，碳化硅做衬底制作出的氮化镓可能是一个半导体材料的突破，而这个突破又是国产芯片突破外部封锁的重要信息之一，所以即便这个创新没有马上应用在实际，但对于未来产业发展具有足够的领导力。
微波通讯的发展，又迫切需要高频大功率的微波器件，西电这个科研成果对于强化我国5G领先水平是具有重要意义的。
我们再看看西电芜湖研究院发明的这个材料的信息，由于芜湖院只是西安电子科技大学的分院，因此主要的科研指导人员还是在西安。
根据资料显示，西电博导张玉明是西电微电子学院的院长，也是是宽带隙半导体国家重点学科实验室主任，长期在美国从事碳化硅的研究。通过该院的介绍，张玉明团队这次研发的半导体碳化硅衬底及芯片，具有重要的战略价值，因为碳化硅衬底的芯片是美国商务部规定的处于榜首的禁运产品，一旦技术应用于产品，就打破这种国产半导体器件受制于人的局面。
上周市场选择了天富能源对标碳化硅的炒作，天富能源旗下天科合达蓝光半导体有限公司是国内领先的专利规模化生产碳化硅的企业。北京天科合达半导体股份有限公司由新疆天富集团、中国科学院物理研究所共同设立，专业从事第三代半导体碳化硅（SiC）晶片研发、生产和销售的高新技术企业。公司为全球SiC晶片的主要生产商之一。全资子公司—新疆天科合达蓝光半导体有限公司位于新疆石河子市，主要进行碳化硅晶体生长。
而市场曾经在2018年12月炒作过氮化镓。
在2018年中国国际应用科技交易博览会上，国产5G 通信基站 GaN（氮化镓）功率放大器芯片 ，在中国发明成果转化研究院展区对外亮相。GaN芯片已完成多款产品设计，已获得中电集团客户认证成功，2019年正式推出商用后，可全面满足中国5G通信基站对射频功率放大器的需求。受到利好刺激，海特高新连续大涨，因海特高新旗下的海威华芯拥有国内第一条6英寸砷化镓/氮化镓半导体晶圆生产线。
因为GaN也是第三代半导体 的代表材料。采用GaN的微波射频器件目前主要用于军事领域及5G通讯 基站应用场景，出于军事安全的考量，国外对高性能的氮化镓器件实行对华禁运。因此，发展自主可控GaN射频功放产业，对于打破国外垄断具有重要的意义。
