氮化镓衬底晶片实现“中国造”

苏州纳维尔生产的4英寸氮化镓单晶衬底

■高雅丽，本报见习记者

一个看似不起眼的“轻薄”芯片可以制造出高功率密度、高效率、宽频谱和长寿命的器件。理论上它是电光和光电转换效率最高的材料系统。这种“小体大能”晶片被称为氮化镓(氮化镓)衬底晶片，是苏州纳维科技有限公司(以下简称苏州纳维)的主要产品。

"不会游泳时跳出水面"

苏州纳维尔是在中国科学院苏州纳米科学研究所的支持下建立的。作为中国第一家氮化镓衬底晶片供应商，该团队开始研发氮化镓单晶材料气相生长设备，并逐步成功开发1英寸、2英寸、4英寸和6英寸氮化镓单晶材料，实现氮化镓单晶材料生长的N型掺杂和补偿掺杂，开发高电导率和半绝缘氮化镓单晶。

中国科学院苏州纳米技术研究所所长特别助理、苏州纳米技术研究所测试与分析平台中心主任、苏州纳维董事长徐克告诉《中国科学报》:“经过10年的努力，我们已经在氮化镓晶体的晶体质量和块体材料的电子迁移率等综合指标方面进入了第一个国际矩阵。2英寸氮化镓产品已经开始大规模生产和销售。2017年，我们率先在全球推出4英寸氮化镓单晶衬底，用户覆盖了80%以上的国内外研发机构和企业。”

现在公司的发展蒸蒸日上，回想起他刚“下海”开始转化科研成果的情景，徐克直言不讳地说“不会游泳就跳进水里”。

徐克于1995年开始研究氮化镓材料的生长，2004年回国后在北京大学物理学院任教。他说:“当我回国时，氮化物半导体行业发展非常迅速。当时，我的方向是瞄准工业发展的瓶颈，选择方向。”

带着准确的触觉和企业家的梦想，徐克毅然从北京大学辞职，来到苏州，成为苏州纳米技术研究所首批研究人员之一。“氮化镓单晶材料很难生长。当时，世界上只有少数几家大企业能够生产样品，只有住友日本公司能够提*品，我们并不完全有信心一开始就能成功发展。”徐克说。

作为苏州纳米研究院开始建设后成立的第一家工业公司，杨辉董事非常关注当时公司的研究进展，经常在上下班途中经过实验室时与研发人员讨论问题。

“最好在三个月内解决初创公司的研发问题，否则会影响士气。”徐克仍然记得杨辉对他说的话。在研发过程中，他们也实践了它。

徐克说:“当问题出现时，我们会集中精力解决它们。我们经常讨论一个问题直到凌晨3点或4点。我们最终用了不到三年的时间制造出了第一块完整的2英寸氮化镓单晶材料。”勇于克服困难，已逐渐成为苏州纳维员工的工作作风。

着力解决关键问题，推进工业化

苏州纳维自成立以来，已经走过了10年。徐克说:“在我们业务的头两年，我们经历了一段极度兴奋和无所不能的时期。那时，我有钱、有精力、有想法，认为解决问题总是比困难更难。”

两年后，当研发进入实质性技术的关键阶段时，他们发现“困难多于想法”。“一方面，我们并不完全了解氮化镓生长的许多基本科学问题。另一方面，一些看似简单的工艺流程很难稳定实现，或者发现实现成本太高而无法应用于生产。不仅如此，我们还有一些“压葫芦浮瓢”的问题，解决了这个问题，但在以后的过程中也产生了其他新的问题徐克告诉记者。

从第一个样本到用户愿意尝试的产品阶段，通常是科技成果转化的“死亡之谷”。在这个阶段，许多微妙的技术环节需要不断改进和优化，需要大量的设备、人力和资金投入。研发模式与一般科学研究完全不同，资金需求也与以前的研发有着数量级的不同。这也是许多有科研背景的企业家不擅长的阶段。

"在这个阶段，我们花了6年时间，并且我们已经面临了许多金融链的断裂."徐克坦率地说，“然而，我们很幸运。从苏州工业园区早期领军人才项目、苏州姑苏人才项目、江苏省重大科技成果转化项目，到科技部“863”项目、中国科学院STS项目、国家发展和改革委员会战略性新信息材料产业化项目，我们一直得到支持。我们每次都把自己从热水中救了出来。最后，我们已经到了这样一个阶段:我们有销售收入，风险资本机构能够重视并愿意投资。”

对于目前的苏州纳维尔，公司专注于提高产量、降低成本、提高生产能力和改善客户服务能力。徐克说:“我们的产品在技术上已经达到国际先进水平。2016年12月，加州大学的研究团队在《应用物理杂志》上公开评估了国际2英寸氮化镓单晶产品的质量。苏州纳维尔的2英寸氮化镓排名第一

虽然产品已经逐渐成熟，但氮化镓单晶衬底的价格仍然很高，全球企业用户数量有限，企业客户主要由住友和日本古和机械垄断。徐克说:“我们的主要客户现在占据了大约60%的国内R&D市场和大约10%的国际R&D市场。到2016年，公司将逐步进入企业客户试点阶段，预计到2020年将获得企业客户约20%的市场份额。”

目前，公司拥有300多个用户，基本包括世界上所有氮化镓单晶衬底应用研究机构和企业。未来，这些领域将形成1000亿数量级的应用市场。

基础研究不能丢失

“我记得郝跃院士曾经告诉我们，‘一件事情10%的成功取决于资金，40%取决于团队，50%取决于坚持’，这非常适合我们。这一巨大发展在很大程度上得益于研究所的支持和苏州扶持产业的良好政策环境。”徐克说。

在业务初期，该公司接受了中国科学院联想之星的培训。它预先了解成果转化的困难，并在思想和策略方面做好准备。徐克说:“从我的工作中，我深深地了解到，在半导体行业，我们不能失去基础研究，我们必须深入彻底地做，然后才能真正控制产品性能，说服客户。”在基础研究方面，我们的研究成果将纳入2016年国家自然科学基金信息司优秀成果汇编。

“我们之所以能够坚持下去，主要是因为我们一直认为氮化镓单晶材料是氮化物半导体工业发展中不可或缺的元素。我们必须在新一代半导体技术方面赶上其他人，并在材料方面做好工作。我们中国人必须进攻这座山。”徐克说。

记者在采访中发现，该公司有一个口号叫做“加油干”。徐克解释说:“氮化镓的元素符号是‘GaN’，这正是‘GaN’的汉语拼音字母。”

对于未来的发展，苏州纳维公司也制定了“蓝图”计划。徐克表示:“我们未来三年的重点是将我们的技术优势转化为市场份额，并以高质量的氮化镓单晶衬底深入推动第三代半导体产业的发展。公司的长期目标是保持产品水平国际前两位，市场份额达到30%以上，逐步巩固氮化物半导体材料生长设备、工艺技术、应用和开发的系统创新和突破能力，成为一家不断为半导体新材料和应用技术的发展做出贡献的大公司。”

《中国科学报》(第六版，2018年1月29日)