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氧化鎵：改寫半導體規則的“戰爭金屬”，一場被低估的材料革命
點擊：2294 作者：鋼筋俠 來源：實學派 微信號 發布時間:2025-02-08 11:23:54
摘要：當全球芯片戰聚焦于光刻機與3納米制程時，中國卻在第四代半導體材料領域完成“靜默超車”——2023年，一塊直徑15厘米的氧化鎵（Ga?O?）單晶在中電科46所下線，這項突破不僅讓中國首次實現氧化鎵晶圓量產，更在軍工與民用領域掀起核爆級技術變革。
一架服役60年的轟6掛滿PL-17導彈，在500公里外鎖定了兩架五代機！這兩架高速突防的F-22突然警報炸響——400公里外，24枚PL17導彈正以6馬赫撲來！這不是好萊塢劇本，而是氧化鎵雷達帶來的死亡方程式！
各位老鐵，系好安全帶，我們馬上起飛。
前一段時間大家都在研究咱們成飛和沈飛的兩架六代機，我們也專門做了一期視頻，但是大家想過沒有，六代機的核心戰斗力是什么呢？A.速度B.隱身C.武器D.雷達沒錯，就是雷達。因為隱身也好，武器也好，就是為了先敵發現，先敵開火。也就是說，我們費這么大勁造六代機，目的就是為了在敵人還看不見我們，夠不著我們的時候，把敵人消滅，而實現以上目的，必須依靠非常先進的雷達才行。
沒有先進的雷達，飛機性能再強橫，也是沒頭的蒼蠅，在態勢感知上始終處于被動挨打的局面。大家都知道，雷達的原理就是發射電磁波，接收反射波，而所謂先進的雷達，就是能發射更強更遠的電磁波，接受更偏更弱的反射波。目前，各國的有源相控陣雷達，普遍使用鎵元素。
早期，相控陣雷達主要采用砷化鎵，它的優點是高頻段的性能優異，能夠實現高精度的探測和跟蹤。
缺點是砷化鎵的導熱性較差，導致在高功率條件下容易產生過熱問題，從而影響其性能和可靠性。
簡單說，就是能夠承受的電壓有限，受到干擾容易被擊穿，輸出功率的上限也不高。
后來，美國空軍研究實驗室（AFRL）和雷神公司又搞出了氮化鎵雷達。
氮化鎵具有極高的熱導率和電子遷移率，可以在高功率和高溫環境下穩定工作。這使得氮化鎵雷達在高功率輸出方面具有顯著優勢，能夠實現更遠的探測距離和更高的精度。
而且氮化鎵器件的工作頻帶很寬，可以覆蓋從 L 波段到 Ku 波段等多個頻段，這使得氮化鎵雷達在多功能性，分辨率等方面都顯著優于砷化鎵。
同時，氮化鎵具有較強的抗輻照能力和抗高溫能力，能夠在 2000℃ 高溫下連續運行。這使得氮化鎵雷達在復雜電磁環境下具有較高的可靠性和穩定性。
總之，與砷化鎵相比，氮化鎵雷達的功率密度高，能夠在相同體積下實現更高的功率輸出，在探測距離、精度、電子對抗中各項指標都顯著高于砷化鎵雷達。
目前，各國主流高端雷達基本上都是使用氮化鎵。
特別是東大，幾乎已經把氮化鎵的技術開發到了極致，比如殲-20戰斗機配備的氮化鎵雷達，其對典型戰斗機目標的探測距離可達 440 公里，對預警機類目標的探測距離可達 600 公里，對 F-22 等隱身目標的探測距離也能達到 146 公里，這些指標與美國F22等先進戰斗機雷達的性能差不多。
再比如055 型萬噸大驅上的 346B 型有源相控陣雷達，其T/R組件數量增至 10000 個以上，天線尺寸更大，對目標的探測距離至少 500 公里，能同時搜索 400 個空中目標，并跟蹤其中的 100 個，與美國伯克級驅逐艦上最新型的SPY6型雷達比起來，很多性能已經有了明顯優勢。
但是，這些優勢都不足以實現碾壓式的降維打擊，畢竟大家都是氮化鎵，工藝再強，上限就在那里。
于是，大家開始研究新一代半導體材料，氧化鎵！
和氮化鎵相比，氧化鎵各種特性都更上一層樓。
抗干擾能力更強，即使在潮濕條件下也能保持精準的偵測能力。
1、更高的耐高壓和耐高溫特性：可以在更高的溫度下，以更高的功率工作，可靠性更強。
2、更大的功率支持：能夠承受更大的電流電壓，雷達可以發射更強的信號，提高探測距離和分辨率；
3、更低的功耗：在相同功率輸出條件下，氧化鎵的功耗更低，有助于提高雷達的效率和續航能力；
4、更強的電子戰能力：氧化鎵的高抗輻射特性，使雷達系統在復雜電磁環境中具有更好的穩定性和抗干擾能力。
目前，全球主要的氧化鎵玩家只有三個，中、美、日，競爭格局頗有點三國鼎立的味道。
日本的精密刀具能切出完美晶圓，卻切不斷我們的全產業鏈；美國的實驗室能造出頂級芯片，但他們的熔爐燒不出4英寸單晶！而我們在做什么？中電科46所的實驗室里，氧化鎵晶體正以每分鐘0.2微米的速度生長——這速度慢得令人發指，卻快得讓五角大樓徹夜難眠！
日本主要是精加工和產業鏈方面優勢明顯，比如，日本NCT公司領跑全球氧化鎵產業，供應全球近100%的氧化鎵襯底。
國際上只有日本形成量產并開始產業化的應用，主要應用領域為工業電源、工業電機控制等，產業方以安川電機、佐鳥電機為主要代表。
美國主要在應用開發端具備優勢，他們的器件研究成果最突出，各種創新的結構和工藝極大地推動了氧化鎵器件的進步，但是美國的氧化鎵產業發展進展緩慢。美國目前僅Kyma公司有1寸襯底產品，單晶尺寸上落后于中國，產業鏈也較為空白。
而中國更全面一些，中電科46所在2018年創造了國內的氧化鎵4寸襯底記錄，山東大學于2022年也報道了4寸襯底的成果。隨著襯底和外延的進步，器件研發也達到了國際水平。
最重要的是，中國以占比8成以上的全球鎵儲量，是全球金屬鎵的最大生產國，目前正在全力打造氧化鎵產業鏈。
在相關專利方面，中國以2368項專利領跑（美國1834項，日本972項）。
和民用領域相比，軍工產業的應用只能會更早，2020年中電14所參與研制的某“過于先進，不便展示”重大項目喜獲國家科學技術進步一等獎，個人推測可能就是氧化鎵雷達。
如果是真的，那么不僅我們的六代機會徹底碾壓其他所有五代、四代戰斗機，而且，將會使整個戰場形態發生巨大變化。
比如，搭載了氧化鎵雷達的轟20，可以變身戰斗卡車，甚至專門研發轟戰機專用的大尺寸、長射程空空導彈，這樣幾架轟20編隊，甚至都不需要戰斗機護航。
再比如，將老式的轟-6改造為“空中武庫機”，可攜帶24枚霹靂-17超遠程空空導彈，配合搭載大功率氧化鎵雷達的空中預警機，實現“A射B導”協同作戰，根據英國《簡氏防務周刊》和美國蘭德公司《中國軍力報告》中的對比分析法測算，如果雷達探測范圍提升一倍，整個空中打擊鏈的反應時間將縮短70%。
更可怕的是，當美國航母戰斗群還在用SPY-6雷達掃描海平面時，我們的衛星星座已用氧化鎵相控陣給整片海域做了“全身CT！”
比敵人看的遠，比敵人打的遠，比敵人打的快，這就是降維打擊。
除了軍事層面，在民用市場，氧化鎵產品所帶來的同樣也是巨大的碾壓優勢。
比如新能源汽車，氧化鎵逆變器使電能轉換效率突破99%，800V高壓平臺充電時間縮短至12分鐘。
比如5G/6G通信，氧化鎵基站體積縮小60%，但信號穿透力翻倍——地下三層停車場也有滿格5G！
最瘋狂的是國家電網實驗：氧化鎵變電站讓電能損耗從6%→0.7%，僅這一項每年省出的電夠臺灣省用2年！
雖然相較于軍用，民用市場仍存在一些需要攻克的難關，比如，氧化鎵制備非常困難，單晶生長速度僅5mm/小時（硅晶體可達200mm/小時），高端氧化鎵襯底仍依賴日本Novel Crystal公司的進口，6英寸量產良率僅35%（行業盈利門檻為65%）等等。
但是我們相信，時間站在我們這一邊。
這是最壞的時代，也是最好的時代。
當氧化鎵遇上中國制造，一場改寫全球半導體格局的史詩正在上演。從實驗室的微觀晶體到改變世界的宏觀產業，這場材料革命的終局，或許就藏在今天每一個技術突破的瞬間。
各位老鐵，別忘了點贊分享，我們拆解的不是技術，是霸權脊梁！
作者： 鋼筋俠 ；來源：實學派微信號
責任編輯：向太陽
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