经过十余年积累，在第二代到第四代半导体化合物材料领域均形成技术布局

一片尚不足光盘大小的晶圆片，中国企业过去需要花费超过4000元人民币从日本厂商购买；如今，同样一片晶圆片，客户只用约一半的价格就能从青岛华芯晶电科技有限公司购得。

在位于青岛高新区的这家企业，一种名为“磷化铟”的芯片基础材料再次让记者十分具象地感受到了核心技术的力量。“对磷化铟高端产品实现国产，有利于中国光通信企业进一步提升核心竞争力。”华芯晶电常务副总经理肖燕青说，目前产品已送往本地光通信企业进行测试。

芯片半导体，是当前全球产业竞争最激烈的领域之一。除光刻机、蚀刻机等高端装备之外，基材也是影响芯片产业发展的重要一环。华芯晶电在半导体化合物领域耕耘十余年，至今已经在第二代、第三代以及第四代半导体材料领域均形成布局。在半导体行业近年快速发展的带动下，华芯晶电步入快速发展期，成为青岛集成电路产业链中具有代表性的上游企业。

华芯晶电用于衬底产品清洗和检测的百级洁净室。

愈加重要的10%

如果将芯片的制造过程比作盖房子，那晶圆就相当于土地，所有的晶体管、布线都是在晶圆上一层一层地往上盖。制造晶圆的材料则有两大类：硅材料和其他化合物半导体材料，对应最终制造完成的芯片就是硅基芯片和非硅基芯片。作为第二代半导体材料之一的磷化铟，就是其他化合物半导体材料的一种。

尽管目前包括CPU、GPU、存储芯片等在内的世界90%以上的芯片都是由硅片制造的，非硅基芯片只占10%，但近年来非硅基芯片的发展势头一路上扬。

“半导体材料的代际并不与先进程度划等号，而是由材料的物理特性决定的。与第一代半导体材料硅相比，磷化铟、砷化镓等第二代半导体材料和碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料均在不同细分领域具有性能优势，适合不同的应用领域。”肖燕青说。

近年来，生成式AI等颠覆性技术不断涌现，而半导体作为所有这些技术的底层核心材料，也迎来了新一轮的产业格局调整。国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲认为，在电子、光子和量子集成耦合的半导体行业新趋势下，全球正在形成新材料驱动的半导体发展新战略，这就给化合物半导体的发展带来了新机遇。

在产业竞争层面，化合物半导体作为光电子、射频通信和电力电子等产业自主创新发展和转型升级的核心材料，已被列入国家2030规划和“十四五”国家研发计划，是国家明确的重点攻关和发展领域，也被行业普遍视为我国半导体行业超车的重要机会。

华芯晶电就是一家处于化合物半导体产业链上游的企业，研发生产用于制造晶圆的半导体化合物。

从二代到四代，步步突破

从去年的ChatGPT到今年的Sora，AI大模型引领通用人工智能快速发展，由此将算力芯片推至前所未有的市场高点，带动英伟达市值不断创下历史新高。但很多人不知道的是，要支撑算力中心和算力网络高效运行，除了高性能的算力芯片，也少不了光通信芯片。随着AI芯片算力能力的提升，算力中心内部的通信需求也会大幅提升，对于光模块的速率和吞吐量有了更高的要求。

磷化铟就是当前全球主流的光通信芯片基材。“磷化铟的主要特点是电子漂移速度高、导热性好、耐辐射，尤其擅长放大更高频率的信号，主要应用于通讯领域。”肖燕青介绍。据分析机构Yole预测，磷化铟的市场规模预计将从2022年的30亿美元增长到2028年的64亿美元。

制备技术是半导体化合物行业的核心技术。瞄准磷化铟制备技术突破，我国企业纷纷发力，华芯晶电便是其中之一。

技术的突破从来没有一蹴而就。材料制备技术，极度依赖经验积累。早在蓝宝石衬底业务的开拓过程中，华芯晶电就不断攻关，积累丰富的技术经验。作为现代工业的重要基础材料，蓝宝石的应用领域涉及LED衬底材料、消费电子等。近年来，在miniLED等技术的带动下蓝宝石行业迎来了新的发展。华芯晶电突破了大公斤级蓝宝石晶体生长技术，成为国内miniLED蓝宝石衬底主力供应商，高端衬底进入第一梯队，产品进入苹果供应链。

“国内过去的磷化铟主流制备方法生长工艺难度较大，位错密度高，容易产生孪晶。我们经过十余年研发，采用垂直梯度凝固法（VGF）制备出磷化铟单晶，产品的品质和稳定性更高。”肖燕青介绍，目前华芯晶电的磷化铟衬底已完成高端产品验证。

在材料制备技术上的持续精进，让华芯晶电得以不断拓展业务版图，进入更多高端领域。2021年，在已有的磷化铟、碳化硅等第二代、第三代半导体化合物业务的基础上，华芯晶电启动了第四代半导体化合物氧化镓单晶衬底的研发。

氧化镓是超高压功率器件和深紫外光电子器件的优选材料。围绕高质量、低缺陷、高加工精度、高透过率等方面，华芯晶电进行了深入研究，在氧化镓晶体生长、晶体低密度缺陷控制、高效元素掺杂等方面进行了攻关，目前2英寸氧化镓晶体生长良率、低密度缺陷控制均达到国际水平。

“华芯晶电是国内目前为数不多在第二代到第四代半导体化合物上均有布局的企业。”肖燕青表示。

规模化产业化提速

从产业发展的角度看，尽早将技术创新的成果转化为规模化的市场产品，也是推动产业升级迭代至关重要的一环。

持续发力技术攻关和产品开发的同时，华芯晶电也在产业化项目建设上发力，通过加快扩张产能，抢占市场先机。据肖燕青介绍，2023年底华芯晶电蓝宝石衬底产能已较2021年翻了一倍，带动营业收入实现超过30%的增长。

与此同时，第二代和第三代半导体化合物3英寸晶片衬底产线也在快速建设中。项目计划总投资7亿元，总占地面积49.7亩，规划建筑面积超6万平方米，新建生产厂房4栋。购置抛光机、研磨机、切割机、热弯机等国产设备150台套，建成后可年产半导体化合物晶片33万片。

“2024年预计出货量和收入都将翻倍。”肖燕青表示，未来几年华芯晶电目标成为国内蓝宝石衬底和磷化铟衬底的第一品牌，同时将氧化镓逐步推向市场，完成第四代半导体材料的国产替代。

目前，华芯晶电已与本地集成电路产业链企业建立初步合作，未来将助推青岛产业链上下游更好协同发展，形成更强产业发展合力。（青岛日报/观海新闻记者  孙欣）

青岛日报2024年3月17日1版

责任编辑：王凤一