第三代半导体技术破题之路 陕西科研造就“镓”天下
来源：【陕西网】
摩尔定律对于当前人类科技的革新给出了一个众所周知的诠释，那就是“计算机的计算能力每18个月就能翻一番”，这个结论看似简单，实际上准确描述了当今计算机技术的显著指数级增长规律。
晶体管越来越小，芯片功耗与尺寸不断下降，电子设备升级的速度不断开挂，就拿身边最常见的手机充电器来说，曾经笨重的“巨无霸”充电器如今正变得越来越小巧轻便，其充电功率和速度也呈指数级增长，其中便少不了新材料的应用。
手机电脑快充充电器、卫星光伏逆变器、灵活工业机械臂等，新材料和新工艺的运用使得这些科技能够在我们的生产生活中普及开来。高性能射频功率放大器是移动通信系统的核心，5G通信对射频功放的工作频率、能效、带宽和线性度提出了更高需求，传统以硅和砷化镓材料为基础的射频芯片已难以满足，第三代半导体材料氮化镓（Gallium Nitride，简称“GaN”）成为了新的选择，正式开始了与传统硅基芯片的角力。
从被“卡脖子”到发展“急先锋”
6月24日，全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会在北京召开，由西安电子科技大学主持，联合华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所和厦门市三安集成电路有限公司，历经十余年产学研用协同的“高能效超宽带氮化镓射频功率放大器关键技术及在5G通信产业化应用”项目荣获2023年国家科学技术进步一等奖。
来源：西安电子科技大学官网
随着这一科研成就的获奖，大家发现，原来我们的生活中早已离不开氮化镓的存在，伴随其发展起来的5G通信技术产业也逐渐汇集到我国发展的方方面面。
作为项目的第一完成人，西安电子科技大学马晓华教授及其团队历经数载，长期深耕宽禁带半导体研究工作，为我国固态微波大功率器件及其工程应用作出了突出贡献。
在国家科技重大项目等重点支持下，项目团队历时十余年探索出一条产学研用深度融合的集成电路国产化发展模式，针对5G基站GaN射频功率放大器亟待解决的难题，系统性突破了宽频带、高能效、高线性的氮化镓射频功率放大器核心技术，实现了全球最大规模5G基站产业化应用。
从先行军用到实现大规模商用
自1958年世界上第一枚集成电路诞生开始，硅便是芯片制造的主要材料，经过多年发展，硅材料的性能也被科学家们玩明白了——优点是导电性高，可用于低功耗能效产品，但是一旦产品高功率需求提升，例如快充、更长的电车续航、高铁电力输送、光伏电能提升等，硅的表现便差强人意。
氮化镓的出现，有效解决了硅材料的禁带不够宽、导电性更强、临界电场不够高无法有效耐高压等缺点，其在功率和射频应用上的优势便凸显出来。虽然氮化镓的原料“镓（Ga）”是一种稀有金属元素，全球储量仅有28万吨，值得庆幸的是，近八成镓原料都是由我国铝土矿和闪锌矿中产出，这为我国高效实现对氮化镓的科研及发展提供了先天条件。
为了完成氮化镓在国防领域的先行试用，以便更好实现其大规模商用，马晓华教授团队以产业发展需求为牵引，国家工程为推动，通过有组织科研，发挥新型举国体制优势，以国家工程研究中心、国家产教融合创新平台为纽带，链接产业优势头部企业，解决共性关键问题，推动技术产品化，构建新型大科研体系合作模式。
西电科大超净间实验平台 来源：省科技厅
经过不懈努力，项目团队实现了针对5G移动通信用氮化镓材料、器件、工艺、芯片、模块到基站产品的全链条技术开发及产业化应用。
针对5G基站的战略性需求牵引，全面发展了我国氮化镓材料、器件和芯片制造产业，带动了一批国产氮化镓设备研制与产业化，为我国氮化镓射频芯片和通信基站的自主可控作出了重大贡献。
从“精耕细作”到“为国铸剑”
用一个科研成就夯实一方科技城墙，多年来，马晓华教授项目团队秉承科教报国之志，聚焦国家重大战略需求和科技前沿问题，致力于突破“卡脖子”难题，为我国在第三代半导体领域“换道超车”、集成电路领域拔尖创新人才培养、行业产业快速发展作出卓越贡献。
早在上世纪90年代中后期，西安电子科技大学宽禁带半导体团队敏锐洞察微电子前沿技术，毅然决定将国际上刚起步的宽禁带半导体材料氮化镓、碳化硅作为攻关方向。年轻的团队成员们在没有经费支持、没有实验条件、没有先例遵循的情况下艰苦创业，追求真理为国奉献的坚定信念支撑着团队成员自己动手打钻孔、走水电、接管道、建设超净室，披星戴月、一路前行。
高质量超薄外延材料和高性能量产化器件晶圆
十年磨一剑的坚持，使得团队在氮化镓、碳化硅领域大幅提升了电子器件高压、高频、高功率的工作特性，广泛应用于国家重大科技专项和国防重大装备领域。马晓华教授团队以出色工作，引领了中国第三代半导体领域的强势爆发，为世界微电子学科和微电子产业开辟了新路。
项目团队面向国家重大战略需求，团队勇做揭榜挂帅的先锋、创新攻关的尖刀。西安电子科技大学宽禁带半导体团队首席科学家郝跃院士牵头实施“宽禁带半导体推进计划”，主导制定国家在第三代半导体电子器件领域的一系列标准和规范，系统创新并优化布局第三代半导体产业链。
随着研究的进步，团队带头人马晓华教授研制的氮化镓微波功率器件效率不断刷新自己保持的高能效世界纪录，为我国绿色低碳5G通信基站提供技术保障，以原创技术为我国氮化镓射频功率放大器产业化和5G基站研发作出了卓越贡献。
科技为国 研发为民
芯片技术研发讲究“中庸之道”，需要平衡取舍各种参数，这样的科研意识也伴随了马晓华教授团队的科研全过程，其研发成果也为强国发展和民生福祉而“雨露均沾”。
氮化镓新材料所诞生的新技术，如今在功率材料的应用上广泛而切实，对于很多传统硅基材料器件所无法企及的领域，如提高电源芯片的功率密度和效率有很强的补充作用。
马晓华教授展示其科研成果
据了解，目前为止，马晓华教授团队承担国家科技重大专项、国家重点研发计划、自然科学基金重点项目30余项；近五年，获得国家科技进步奖一等奖1项、国家技术发明奖二等奖1项，实现了我国氮化镓领域核心技术的自主可控。
以团队成员为主要支撑，西安电子科技大学获批第三代半导体领域唯一国家工程研究中心、国家集成电路产教融合创新平台，已成为科研引领产业的典型示范。以团队成员为主导建设陕西半导体先导技术中心，成为陕西省半导体产业创新技术和工艺的重要策源地；建设西电芜湖研究院、西电广州第三代半导体创新中心，服务国家产业和区域发展战略。
经过多年锤炼，马晓华教授团队形成政治素养高、家国情怀深、治学态度严、创新精神强的良好风尚，并作为主要支撑获批全国高校黄大年式教师团队、全国科学家精神教育基地；近年来，团队培育推选中青年学术骨干入选各类国字号人才近10人，形成了雁阵引领、言传身教、接续奋斗的一流创新团队。
马晓华教授项目团队
一个新材料和科研成果从初期研发到高歌猛进再到备受宠爱，往往需要很长的路要走，这条路，硅材料走了六十多年而“尚能饭否”？碳化硅走了三十多年风头正盛，作为小年轻“00后”的氮化镓，在马晓华教授团队等一众科学家的“培育”下，其更多优质潜能必将逐步释出。
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第三代半导体技术破题之路 陕西科研造就“镓”天下
摩尔定律对于当前人类科技的革新给出了一个众所周知的诠释，那就是“计算机的计算能力每18个月就能翻一番”，这个结论看似简单，实际上准确描述了当今计算机技术的显著指数级增长规律。
晶体管越来越小，芯片功耗与尺寸不断下降，电子设备升级的速度不断开挂，就拿身边最常见的手机充电器来说，曾经笨重的“巨无霸”充电器如今正变得越来越小巧轻便，其充电功率和速度也呈指数级增长，其中便少不了新材料的应用。
手机电脑快充充电器、卫星光伏逆变器、灵活工业机械臂等，新材料和新工艺的运用使得这些科技能够在我们的生产生活中普及开来。高性能射频功率放大器是移动通信系统的核心，5G通信对射频功放的工作频率、能效、带宽和线性度提出了更高需求，传统以硅和砷化镓材料为基础的射频芯片已难以满足，第三代半导体材料氮化镓（Gallium Nitride，简称“GaN”）成为了新的选择，正式开始了与传统硅基芯片的角力。
从被“卡脖子”到发展“急先锋”
6月24日，全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会在北京召开，由西安电子科技大学主持，联合华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所和厦门市三安集成电路有限公司，历经十余年产学研用协同的“高能效超宽带氮化镓射频功率放大器关键技术及在5G通信产业化应用”项目荣获2023年国家科学技术进步一等奖。
来源：西安电子科技大学官网
随着这一科研成就的获奖，大家发现，原来我们的生活中早已离不开氮化镓的存在，伴随其发展起来的5G通信技术产业也逐渐汇集到我国发展的方方面面。
作为项目的第一完成人，西安电子科技大学马晓华教授及其团队历经数载，长期深耕宽禁带半导体研究工作，为我国固态微波大功率器件及其工程应用作出了突出贡献。
在国家科技重大项目等重点支持下，项目团队历时十余年探索出一条产学研用深度融合的集成电路国产化发展模式，针对5G基站GaN射频功率放大器亟待解决的难题，系统性突破了宽频带、高能效、高线性的氮化镓射频功率放大器核心技术，实现了全球最大规模5G基站产业化应用。
从先行军用到实现大规模商用
自1958年世界上第一枚集成电路诞生开始，硅便是芯片制造的主要材料，经过多年发展，硅材料的性能也被科学家们玩明白了——优点是导电性高，可用于低功耗能效产品，但是一旦产品高功率需求提升，例如快充、更长的电车续航、高铁电力输送、光伏电能提升等，硅的表现便差强人意。
氮化镓的出现，有效解决了硅材料的禁带不够宽、导电性更强、临界电场不够高无法有效耐高压等缺点，其在功率和射频应用上的优势便凸显出来。虽然氮化镓的原料“镓（Ga）”是一种稀有金属元素，全球储量仅有28万吨，值得庆幸的是，近八成镓原料都是由我国铝土矿和闪锌矿中产出，这为我国高效实现对氮化镓的科研及发展提供了先天条件。
为了完成氮化镓在国防领域的先行试用，以便更好实现其大规模商用，马晓华教授团队以产业发展需求为牵引，国家工程为推动，通过有组织科研，发挥新型举国体制优势，以国家工程研究中心、国家产教融合创新平台为纽带，链接产业优势头部企业，解决共性关键问题，推动技术产品化，构建新型大科研体系合作模式。
西电科大超净间实验平台 来源：省科技厅
经过不懈努力，项目团队实现了针对5G移动通信用氮化镓材料、器件、工艺、芯片、模块到基站产品的全链条技术开发及产业化应用。
针对5G基站的战略性需求牵引，全面发展了我国氮化镓材料、器件和芯片制造产业，带动了一批国产氮化镓设备研制与产业化，为我国氮化镓射频芯片和通信基站的自主可控作出了重大贡献。
从“精耕细作”到“为国铸剑”
用一个科研成就夯实一方科技城墙，多年来，马晓华教授项目团队秉承科教报国之志，聚焦国家重大战略需求和科技前沿问题，致力于突破“卡脖子”难题，为我国在第三代半导体领域“换道超车”、集成电路领域拔尖创新人才培养、行业产业快速发展作出卓越贡献。
早在上世纪90年代中后期，西安电子科技大学宽禁带半导体团队敏锐洞察微电子前沿技术，毅然决定将国际上刚起步的宽禁带半导体材料氮化镓、碳化硅作为攻关方向。年轻的团队成员们在没有经费支持、没有实验条件、没有先例遵循的情况下艰苦创业，追求真理为国奉献的坚定信念支撑着团队成员自己动手打钻孔、走水电、接管道、建设超净室，披星戴月、一路前行。
高质量超薄外延材料和高性能量产化器件晶圆
十年磨一剑的坚持，使得团队在氮化镓、碳化硅领域大幅提升了电子器件高压、高频、高功率的工作特性，广泛应用于国家重大科技专项和国防重大装备领域。马晓华教授团队以出色工作，引领了中国第三代半导体领域的强势爆发，为世界微电子学科和微电子产业开辟了新路。
项目团队面向国家重大战略需求，团队勇做揭榜挂帅的先锋、创新攻关的尖刀。西安电子科技大学宽禁带半导体团队首席科学家郝跃院士牵头实施“宽禁带半导体推进计划”，主导制定国家在第三代半导体电子器件领域的一系列标准和规范，系统创新并优化布局第三代半导体产业链。
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