氮化鎵襯底晶片實(shí)現(xiàn)“中國造”

　　一枚看似不起眼、“又輕又薄”的晶片，卻能做出高功率密度、高效率、寬頻譜、長壽命的器件，是理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系。這個“小身體大能量”的晶片叫作氮化鎵(GaN)襯底晶片，是蘇州納維科技有限公司(以下簡稱蘇州納維)的主打產(chǎn)品。

　　“不會游泳的時候就跳下了水”

　　蘇州納維依托中科院蘇州納米所而建。作為中國首家氮化鎵襯底晶片供應(yīng)商， 團(tuán)隊(duì)從氮化鎵單晶材料氣相生長的設(shè)備開始研發(fā)，逐步研發(fā)成功1英寸、2英寸、4英寸、6英寸氮化鎵單晶材料，實(shí)現(xiàn)了氮化鎵單晶材料生長的n型摻雜、補(bǔ)償摻雜，研制出高電導(dǎo)率的和半絕緣的氮化鎵單晶。

　　中科院蘇州納米所所長特別助理、蘇州納米所測試分析平臺中心主任、蘇州納維董事長徐科對《中國科學(xué)報》記者說：“通過10年努力，我們在氮化鎵晶體結(jié)晶質(zhì)量與塊體材料電子遷移率等綜合指標(biāo)方面均步入國際第一方陣，2英寸氮化鎵產(chǎn)品開始批量生產(chǎn)銷售，2017年在國際上率先推出4英寸氮化鎵單晶襯底，用戶覆蓋了國內(nèi)外80%以上的研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)。”

　　現(xiàn)在公司的發(fā)展蒸蒸日上，而回想起自己剛剛“下海”開始做科研成果轉(zhuǎn)化時的情景，徐科直言“不會游泳的時候就跳下了水”。

　　徐科從1995年開始做氮化鎵材料生長研究，2004年回國后曾任教于北京大學(xué)物理學(xué)院。他說：“當(dāng)我回國的時候，氮化物半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)發(fā)展非?？?，當(dāng)時回來的定位就是瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸選擇方向。”

　　憑著精準(zhǔn)的觸覺和創(chuàng)業(yè)的夢想，徐科毅然辭去北京大學(xué)的職務(wù)來到蘇州，成為最早加入蘇州納米所的幾個研究員之一。“氮化鎵單晶材料生長難度非常大，那個時候國際上只有少數(shù)幾個大的企業(yè)能夠拿出樣品，只有日本住友能夠提供產(chǎn)品，我們一開始也沒有絕對的信心一定能夠研發(fā)成功。”徐科說。

　　作為蘇州納米所開始籌建后成立的第一家產(chǎn)業(yè)化公司，所長楊輝當(dāng)時非常關(guān)心公司的研究進(jìn)度，經(jīng)常在上下班路過實(shí)驗(yàn)室的時候與研發(fā)人員討論問題。

　　“創(chuàng)業(yè)公司的一個研發(fā)問題，最好能夠在三個月內(nèi)解決，否則會影響士氣。”徐科至今都記得楊輝對他說的這句話。在研發(fā)過程中，他們也這樣實(shí)踐著。

　　徐科說：“遇到問題就集中攻關(guān)，經(jīng)常就一個問題討論到凌晨三四點(diǎn)鐘，終于花了不到三年的時間，我們拿出了第一片完整的2英寸氮化鎵單晶材料。”一鼓作氣、敢于攻堅(jiān)克難逐漸成為蘇州納維員工的做事風(fēng)格。

　　集中攻關(guān)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化

　　從成立至今，蘇州納維已經(jīng)走過10個年頭。徐科說：“在創(chuàng)業(yè)的前兩年，我們經(jīng)歷了一個熱血沸騰、感到無所不能的階段。當(dāng)時有資金、有精力、有想法，認(rèn)為辦法總比困難多。”

　　兩年之后，當(dāng)研發(fā)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的技術(shù)攻堅(jiān)階段，他們卻發(fā)現(xiàn)“困難總比想法多”。“一方面是對氮化鎵生長的很多基礎(chǔ)科學(xué)問題理解得還不夠，另一方面是一些看似簡單的工藝過程，很難穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)，或者發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的成本太高，無法在生產(chǎn)中應(yīng)用。不僅如此，我們還有一些‘按下葫蘆浮起瓢’的問題，解決了這個問題，卻引出后道工藝的其他新問題。”徐科告訴記者。

　　從第一個樣品到用戶愿意試用的產(chǎn)品階段，往往是科技成果轉(zhuǎn)化的“死亡之谷”。這個階段里，很多的細(xì)微技術(shù)環(huán)節(jié)要不斷地改進(jìn)和優(yōu)化，需要大量的設(shè)備、人力和資金投入，研發(fā)模式完全不同于一般的科學(xué)研究，資金需求量也與前期研發(fā)有數(shù)量級的差別，這也是很多科研人員出身的創(chuàng)業(yè)者不擅長的階段。

　　“這個階段我們花了6年時間，曾多次面臨資金鏈斷裂。”徐科坦言，“不過我們非常幸運(yùn)，從早期的蘇州工業(yè)園區(qū)領(lǐng)軍人才項(xiàng)目、蘇州市姑蘇人才項(xiàng)目、江蘇省重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，到科技部的‘863’項(xiàng)目、中科院的STS項(xiàng)目、發(fā)改委的戰(zhàn)略性新型信息材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，一路支持下來，每次都救我們于水深火熱之中，終于熬到了有銷售收入、風(fēng)險投資機(jī)構(gòu)能夠看得上并愿意投資的階段。”

　　對于當(dāng)前的蘇州納維，公司主要精力集中在提升良率、降低成本、提升產(chǎn)能、提高客戶服務(wù)能力上。徐科說：“我們的產(chǎn)品在技術(shù)水平上已經(jīng)站到了國際先進(jìn)行列，2016年12月美國加州大學(xué)研究組在《應(yīng)用物理》雜志(Journal of Applied Physics)上公開評價了國際上2英寸氮化鎵單晶產(chǎn)品的質(zhì)量，蘇州納維的2英寸氮化鎵名列第一。”

　　雖然產(chǎn)品已經(jīng)逐步走向成熟，但氮化鎵單晶襯底的價格仍然很高，全球企業(yè)用戶數(shù)量有限，企業(yè)級客戶主要被日本的住友和古河機(jī)械壟斷。徐科說：“現(xiàn)在我們的主要客戶在研發(fā)市場，大概占領(lǐng)了國內(nèi)研發(fā)市場的60%左右、國際研發(fā)市場的10%左右。2016年公司開始逐步進(jìn)入企業(yè)客戶的試用階段，預(yù)計2020年能夠獲得20%左右的企業(yè)客戶市場份額。”

　　目前公司用戶數(shù)量有300多家，基本上包括了國際上所有的氮化鎵單晶襯底應(yīng)用研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)，未來這些領(lǐng)域都將形成千億量級的應(yīng)用市場。

　　基礎(chǔ)研究不能丟

　　“我記得郝躍院士有一次和我們講，‘一件事情的成功，10%取決于經(jīng)費(fèi)，40%取決于團(tuán)隊(duì)，50%取決于堅(jiān)持’，這個話很適合我們。取得這樣的長足發(fā)展，很大程度上得益于研究所的支持、蘇州扶持產(chǎn)業(yè)的優(yōu)越政策環(huán)境。”徐科表示。

　　公司在創(chuàng)業(yè)初期，得到了中科院聯(lián)想之星的培訓(xùn)，預(yù)先了解成果轉(zhuǎn)化的難點(diǎn)，從思想到戰(zhàn)術(shù)上都有了準(zhǔn)備。徐科說：“我在工作中體會很深的一點(diǎn)是，在半導(dǎo)體行業(yè)，要做成果轉(zhuǎn)化，基礎(chǔ)研究不能丟，而且更要做深、做透，然后才能真正駕馭產(chǎn)品性能，才能說服客戶。”在基礎(chǔ)研究方面，我們的研究成果2016年入選國家自然科學(xué)基金委信息學(xué)部優(yōu)秀成果匯編。

　　“我們能夠堅(jiān)持下來，主要是一直相信氮化鎵單晶材料是氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的要素，我們要在新一代半導(dǎo)體技術(shù)上趕超別人，一定要把材料做好，我們中國人一定要攻下這個山頭。”徐科說。

　　采訪中記者發(fā)現(xiàn)，公司有個叫作“加油GaN”的口號。徐科解釋：“氮化鎵的元素符號是‘GaN’，正好是‘干’的漢語拼音。”

　　對于未來發(fā)展，蘇州納維公司也作好了“藍(lán)圖”規(guī)劃。徐科說：“我們未來三年的重點(diǎn)是將技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為市場占有率，以高質(zhì)量的氮化鎵單晶襯底推動第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向縱深發(fā)展。公司長遠(yuǎn)的目標(biāo)是產(chǎn)品水平持續(xù)保持國際前兩位、市場占有率達(dá)到30%以上，逐步夯實(shí)在氮化物半導(dǎo)體材料生長裝備、工藝技術(shù)、應(yīng)用開發(fā)等方面的系統(tǒng)創(chuàng)新突破能力，成為一家在新型半導(dǎo)體材料和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展中持續(xù)作出貢獻(xiàn)的偉大公司。”