Прорыв Китая в GaN-технологиях: 8-дюймовые пластины и 100-нм PDK

Китай совершает прорыв в GaN-технологиях: 8-дюймовые пластины и 100-нм PDK

Китай совершил прорыв в GaN-технологиях: 8-дюймовые N-полярные пластины и 100-нм PDK бросают вызов мировым монополиям. Новые решения для 5G, аэрокосмической отрасли и беспроводной энергетики.

Научно-технический прогресс в области полупроводников

Современная микроэлектроника требует материалов, способных работать на пределе физических возможностей. Нитрид галлия (GaN), обладающий высокой подвижностью электронов, широкой запрещённой зоной (3.4 эВ) и теплопроводностью, стал ключевым элементом для высокочастотных устройств. Однако сложности в масштабировании производства и полярностные ограничения долгое время сдерживали его применение.

N-полярный GaN: преодоление барьеров

26 марта 2025 года лаборатория JFS (Цзюфэншань) объявила о создании первой 8-дюймовой N-полярной GaN-пластины на кремниевой подложке с изолированным слоем (GaNOI). В отличие от традиционного Ga-полярного GaN, N-полярная конфигурация обеспечивает:

Улучшенные характеристики миллиметровых волн за счёт снижения ёмкости двумерного электронного газа (2DEG).
Совместимость с CMOS-техпроцессами благодаря интеграции на 8-дюймовых кремниевых пластинах, что сокращает стоимость производства на 40-60%.
Прочность сцепления >99% на границе раздела GaN/Si, что устраняет риск расслоения при высокотемпературной обработке.

Как отмечают в Wuhan ITB, предыдущие попытки создать N-полярные структуры ограничивались пластинами диаметром 2-4 дюйма с низким выходом годных. Технология JFS, основанная на методе молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) с контролем напряжений, позволяет достичь подвижности электронов до 2200 см²/(В·с) — рекордного значения для GaN-on-Si.

100-нм PDK: инфраструктура для проектирования

Параллельно с материалологическим прорывом JFS выпустила первый в Китае 100-нм PDK (Process Design Kit) для GaN-микросхем. Этот инструмент включает:

SPICE-модели транзисторов с длиной затвора 100 нм, оптимизированных для частот до 40 ГГц.
Правила DRC/LVS для интеграции с Cadence Virtuoso и Synopsys Tools.
Шаблоны для усилителей мощности (PA), смесителей и ВЧ-переключателей.

Ключевые инновации PDK:

Снижение R_on (сопротивления в открытом состоянии) до 1.2 Ом·мм за счёт легирования AlN-прослойкой.
Динамическое тепловое моделирование, учитывающее тепловые потоки в GaN-on-Si структурах.
Поддержка Ka-диапазона (26.5–40 ГГц) для спутниковой связи Starlink-класса.

Беспроводная передача энергии: 20 метров без потерь

JFS продемонстрировала микроволновую систему передачи энергии мощностью 500 Вт с КПД 85% на расстоянии 20 метров. В основе — GaN-транзисторы с рабочей частотой 5.8 ГГц, преобразующие постоянный ток в СВЧ-излучение с минимальными потерями. Применения:

Зарядка БПЛА в полёте.
Энергоснабжение IoT-устройств в «умных» городах.
Лазерно-микроволновые гибридные системы для космических аппаратов.

Экономический и стратегический контекст

До 2025 года 80% рынка GaN контролировали США (Qorvo, Cree) и Япония (Sumitomo). Однако, согласно анализу ICsmart, китайские GaN-решения могут снизить себестоимость RF-модулей 5G базовых станций на 30%, что критично для развёртывания сетей 6G.

Заключение

Прорыв JFS — не просто технологический успех, но сдвиг парадигмы в полупроводниковой индустрии. Сочетание 8-дюймовых пластин, PDK и энергетических систем открывает путь к:

Массовому производству GaN-чипов для 6G.
Созданию компактных РЛС с фазированными решётками.
Автономным роботизированным системам с беспроводным питанием.

Как и в классической работе Хоровица и Хилла, здесь важен симбиоз материала, топологии и системного подхода — принцип, который теперь определяет китайскую стратегию в микроэлектронике.

#GaN #Полупроводники #ИнновацииКитая #БеспроводнаяЭнергия #6G