氮化镓突然火了,里面有哪些秘密与门道?

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编者按:本文来自微信公众号阑夕(ID: techread),作者阑夕,创业邦经授权转载。

在“科学”的林林总总细分领域中,每当一个领域出现了足以打破原有假设或者法则的新学术成果,就会使人们对这一领域的基本认知和大量理论作出颠覆性的改变,这被称之为“范式转移”。

例如,当人类首次发现地球是圆的而不是平的之后,此前对于地球上所发生各种现象的理解就全部要重新考虑。

而在商业市场中,“范式转移”的影响不仅在于理论认知层面,更是总会催生新兴市场。

同样举一个例子好了。

近段时间,“氮化镓”概念股火热,甚至出现了21支股票一夜之间市值暴涨292亿的惊人景象。

OPPO、小米也先后发布了与基于氮化镓的手机快充产品,还有爆料称华为也在推进相关产品落地。

雷军在小米10发布会上是这么为氮化镓充电器站台的,“我以前是码农,当时每天都背着笔记本电脑,最恨带‘铁疙瘩’充电器,又丑又大又重。看看今天的GaN充电器,唇膏大小,实在太方便。”

春江水暖鸭先知,氮化镓的火热究竟意味着什么?

苹果小米康佳都在做,氮化镓究竟是个啥?

首先要讲清楚,氮化镓究竟是什么?

它是第三代半导体材料的代表,可应用于光电、功率和射频等多个领域,如在新能源汽车、5G基站、能源互联网、半导体照明等行业产品上都有用武之地。

相较于第一代半导体材料硅、第二代半导体材料砷化镓等,氮化镓具备易散热,体积小,损耗小,功率大等诸多优点,被业内寄予厚望。

2014年,日本名古屋大学教授赤崎勇、天野浩和美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授中村修二因为发明蓝光LED而获得诺贝尔物理奖。

氮化镓就是推动这个蓝光LED发展的重要新型材料,它在科研学术界的地位由此可见一斑。

一个更加直观的例子是,假如所有电器都换成氮化镓材质,整体用电量将会减少20%。

基于上述优点,它还可以解决5G时代的智能科技硬件产品在节能、小型化、大功率等多方面的要求。

以氮化镓在射频领域的应用为例。5G时代的核心是5G网络,5G网络的关键在于5G基站的铺设,射频氮化镓有着输出功率更大、频率特性更好、瞬时带宽更大、体积更小等多方面的优势,是5G基站功率放大器等元器件的绝配。

再比如在无人车领域。

众所周知,无人车需要激光雷达快速形成三维图像或为周围环境制作电子地图,帮助汽车更全面地了解地形变化,才能实现自动驾驶。

换句话说,激光雷达就好比是无人车的眼睛。

基于氮化镓场效应晶体管的激光雷达,数据传输速度是目前激光雷达应用中主流应用的硅元素的100倍以上。

这意味着从图像拍摄速度到照片锐度再到照片精准度的全面大幅度提升,从而帮助提升无人驾驶系统具备更高的准确性。

举了这么多例子,不难看出,氮化镓对于5G上下游产业有着举足轻重的影响,所以它本身极具想象空间,说是5G时代的核心技术也不为过。

既然如此重要,为什么能做的企业不多

其实,早在2016年的国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项中,科技部就曾明确指出:

“针对5G通信需求,建立开放的工艺代工线,实现从高效率器件到超宽带电路设计等系列自主可控的GaN基射频器件和电路成套技术;实现GaN器件与电路在通信系统的应用,推动我国第三代半导体在射频功率领域的可持续发展。”

尽管氮化镓材料相关技术早已站上国家级战略的政策风口,但包括衬底、外延片、器件制造等在内的氮化镓产业链中,主流生产厂家仍然集中在欧洲国家及日本等。

究其原因,一方面在于,半导体材料是一个技术密集型的高精尖产业领域,技术推进难度极大。

在第一、第二代半导体材料领域,我国大陆整体技术水平并不占什么优势。

目前基本上是日本占据半壁江山,欧美、韩国、台湾平分余下市场的格局。

很多人都不知道我国进口额最大的商品是微电路——由硅等半导体材料制成的芯片——2018年我国石油进口额度是2300亿美元,而微电路的进口金额达到了3120.58亿美元。

另一方面,氮化镓不同于硅等前代半导体材料,它不存在于自然界中,只能通过人工合成,研发及商用成本更高,一片五厘米大小的氮化镓片售价就超过了2万元。

而氮化镓想要应用于不同的行业和产品,还需要搭配不同的衬底材料。

上文提到的蓝光LED的核心材料是蓝宝石基氮化镓外延片,小米发布的新快充电器是基于硅基氮化镓,硅基本氮化镓可以制造大功率LED、功率器件和大功率射频芯片等等。

再加上产业链上游的光刻机、触觉传感器等核心技术均被早于我国起步数十年之多的美国、日本等垄断。

所以氮化镓从技术研发到落地应用的方方面面,天然就意味着长时间、重成本、高风险的研究投入、反复试错,一般企业难以扛起这个重担。

近日,康佳宣布与中信控股共同发起成立“信佳新兴产业发展投资基金”,将以5G为代表的下一代信息技术领域、半导体及数字消费产业为投资方向,进一步深入半导体布局。

而就在几天前,康佳还发布公告表示旗下重庆光电目前正推动利用氮化镓芯片作为 Micro LED 的发光芯片。

和小米、华为等手机品牌巨头的手机电池快充方向不同,康佳在氮化镓材料技术方面主要布局在光电领域。

这其中光电领域在国内更是只有康佳一家在深入推进。

成绩也是值得称道的,康佳在必须应用氮化镓生产的Micro LED芯片研发上已取得初步突破,申请了超过100项全球专利。

就像我们前边说的,氮化镓材料技术需要长时间、重成本、高风险的研究投入,早在2016年康佳就已经布局了半导体产业,后续又相继成立了康芯威存储主控芯片设计公司、康佳芯盈的封测公司。

去年康佳注资设立重庆光电研究院,推动了重庆半导体光电产业园的落地发展,还与联建光电、雷曼光电等产业链上下游企业达成战略合作。

总而言之,通过自主研发、投资并购、战略合作等一系列发展,康佳如今正努力拓展光电领域第三代半导体产业链的上下游。

无论是康佳还是小米、华为,都说明了一个道理:只有那些有意愿、也有实力专注推动技术发展的巨头企业,才能在氮化镓领域占据一席之地。

没有金刚钻,别揽瓷器活。

正所谓时势造英雄,也需英雄能驾驭时势才行。

结语

所以说,虽然氮化镓火了,但不乏质疑其“究竟是真实需求还是营销噱头”的声音,也就不难理解了。

有愿意真抓实干深耕长期价值的企业玩家,自然也会有鱼目混珠蹭热点谋求赚一笔就跑的短视之徒。

但这都不影响一个大局——我国制造业正在走上一条从中国制造到中国“智造”再到中国创造的发展道路。

在这条道路上,以氮化镓为代表的第三代半导体材料作为新的时代红利,我们必须抓住。

这一点从国家政策重视到产业发展需要都已经是板上钉钉的事实了。

而前沿科技永远是一把双刃剑。

它一方面是推动时代发展、社会进步的最核心力量,另一方面需要长时间、重成本、高风险的成本投入。

对于在氮化镓领域实现领跑布局的康佳、小米等企业来说,他们面临的既是机遇也是挑战,只有坚持深耕才能笑到最后。

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