九峰山實驗室發(fā)布的氧化鎵芯片晶圓

你能想象嗎？一枚僅指甲蓋大小的芯片，能夠抗住9000伏的高壓。湖北九峰山實驗室近期發(fā)布的成果，讓看似魔幻的未來離我們更近一步。

5月14日從該實驗室功率器件研發(fā)團隊獲悉，自今年3月研制出耐壓水平達到9.02千伏的氧化鎵“電子開關(guān)”，并刷新世界紀(jì)錄，短短一個多月來，已有全國10家多企業(yè)、科研單位前來溝通合作。

9000伏，相當(dāng)于普通家庭用電電壓的40多倍。在特高壓輸電、高鐵牽引供電、大型AI數(shù)據(jù)中心等場景中，都需要能安全切斷高壓電流的開關(guān)。電壓等級越高，對材料和工藝的挑戰(zhàn)就越大。

如今主流應(yīng)用的獨立功率器件受限于材料，要扛住9000伏高壓，得配上動輒占地兩平方米的設(shè)備機柜，所需面積、功耗均大。新興的碳化硅芯片盡管性能優(yōu)異，但成本高昂。

“打個比方，同樣建一座調(diào)控電流的‘水壩’，氧化鎵材料可以將它修得更薄、更小?！本欧迳綄嶒炇夜β势骷邪l(fā)工程師彭若詩說，氧化鎵理論上可在滿足獨立功率器件同等耐壓水平時，芯片面積、能耗均降至其幾十分之一，“未來一旦實現(xiàn)量產(chǎn)，將極具成本優(yōu)勢?！?/p>

根據(jù)市場機構(gòu)預(yù)測，到2032年，全球氧化鎵市場規(guī)模將達到約4.5億美元。作為目前產(chǎn)業(yè)化進展最為迅速的第四代半導(dǎo)體材料之一，其戰(zhàn)略價值也廣受關(guān)注。早在5年前，日本已將其列為重點支持研發(fā)領(lǐng)域，美國也把它作為重要新興基礎(chǔ)技術(shù)。

負責(zé)此次氧化鎵芯片研發(fā)的九峰山實驗室功率器件研發(fā)團隊

近年來，以九峰山實驗室為代表的國內(nèi)新型研發(fā)機構(gòu)加速崛起。實驗室功率器件研發(fā)團隊成員基本都是碩士、博士畢業(yè)于國內(nèi)名校的“95后”，對前沿應(yīng)用需求敏感。從2023年啟動氧化鎵領(lǐng)域研發(fā)，他們已圍繞該材料布局了約百項專利，實現(xiàn)了從材料生長、外延片，到器件設(shè)計和制造的全鏈條國產(chǎn)化。

“實驗室的高效率協(xié)作模式，讓材料專家、設(shè)計工程師與封裝人員可以協(xié)同攻關(guān)，器件耐壓性在短時間內(nèi)翻了一倍多?！本欧迳綄嶒炇夜β势骷邪l(fā)工程師李明哲介紹，去年4月，實驗室另一款氧化鎵器件正式發(fā)布。截至目前，該器件已售出數(shù)百顆，在國內(nèi)率先實現(xiàn)氧化鎵科研級產(chǎn)品量產(chǎn)及銷售。

盡管這枚新誕生的“電子開關(guān)”距離真正的產(chǎn)業(yè)化，還有很長的一段路要走，但在應(yīng)用端的探索上，湖北已在全球范圍內(nèi)率先起步。

（全媒記者 馬文俊）

編輯：萬林