基于硅集成電路的摩爾定律10年前已近乎走到極限，如何持續(xù)提升半導(dǎo)體芯片性能，滿足新興需求，成為行業(yè)共同面臨的關(guān)鍵問題。突破摩爾定律的主流方向包括探索新興半導(dǎo)體材料，或通過三維堆疊改變傳統(tǒng)芯片的二維結(jié)構(gòu)，提升芯片性能。

在這場半導(dǎo)體行業(yè)的摩爾定律“極限挑戰(zhàn)”中，一家長三角國家技術(shù)創(chuàng)新中心支持的科技創(chuàng)新企業(yè)，以第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）為基石，憑借3DIC異質(zhì)混合集成技術(shù)，探索超越摩爾定律的新路徑，開辟業(yè)務(wù)增長新賽道。

漢驊半導(dǎo)體有限公司是長三角國家技術(shù)創(chuàng)新中心首個以“撥投結(jié)合”模式支持的重大項目公司。創(chuàng)始人顧星表示，在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域，中國實現(xiàn)了從追趕到并跑的跨越，與國際領(lǐng)先水平齊頭并進(jìn)。今年10月，依托自研的“超越摩爾GaN Plus”平臺，漢驊半導(dǎo)體成功實現(xiàn)8英寸硅基GaN MicroLED（微型發(fā)光二極管）外延及多層堆疊技術(shù)的量產(chǎn)?！爱a(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入快速通道，我們不僅要在技術(shù)上開拓，更要在良率、重復(fù)性和可靠性上下功夫。”

漢驊半導(dǎo)體有限公司創(chuàng)始人顧星

3DIC集成超越摩爾定律

以氮化鎵、碳化硅等為代表的第三代半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高等優(yōu)點。氮化鎵的禁帶寬度為3.4eV，是硅的3倍多，因此能夠承受更高的電壓，特殊的二維電子結(jié)構(gòu)使其適用于快充等高壓、高頻率場景。在光電領(lǐng)域，通過禁帶調(diào)控，氮化鎵的發(fā)光可以覆蓋藍(lán)色、綠色、紅色可見光光譜。

得益于在功率、光電領(lǐng)域的獨特性能，顧星表示，氮化鎵已成為傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料的有益補充，在AI數(shù)據(jù)中心、微顯示、光通訊、高密度功率器件等領(lǐng)域不斷突破能力邊界。

氮化鎵晶圓通常由襯底和外延層兩部分構(gòu)成。襯底是器件的支撐材料，外延層是在襯底上通過特定工藝生長的功能層。藍(lán)寶石、碳化硅等襯底本身不具備特定電學(xué)性能，通過MOCVD（金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積）設(shè)備，在襯底上生長出微米級的氮化鎵外延，才能實現(xiàn)寬禁帶、高熱導(dǎo)率等核心特性，并根據(jù)不同器件性能應(yīng)用于功率電子及MicroLED領(lǐng)域。

在漢驊半導(dǎo)體，技術(shù)團(tuán)隊探索構(gòu)建大尺寸硅基氮化鎵材料生長平臺，依靠獨有的化合物半導(dǎo)體與硅材料混合集成技術(shù)實現(xiàn)芯片3DIC異構(gòu)混合堆疊。他們將基于氮化鎵光電材料的功能芯片與基于傳統(tǒng)CMOS硅集成電路的驅(qū)動芯片異質(zhì)集成，這種高密度、高精度的集成讓氮化鎵半導(dǎo)體突破當(dāng)前傳統(tǒng)集成電路的性能水平。

今年10月，漢驊半導(dǎo)體依托自研的“超越摩爾GaN Plus”3DIC平臺，成功實現(xiàn)8英寸硅基GaN MicroLED外延及多層堆疊技術(shù)IDM的量產(chǎn)。盡管襯底上的氮化鎵只有幾微米厚，但其中具有上百級的層級，團(tuán)隊通過改進(jìn)緩沖層結(jié)構(gòu)設(shè)計、精確調(diào)控量子阱，并減少晶格適配和熱適配導(dǎo)致的缺陷，提升晶體質(zhì)量，以此顯著提升8英寸硅基GaN MicroLED外延的發(fā)光效率和可靠性。

這些創(chuàng)新不僅讓MicroLED的發(fā)光效果更好、更穩(wěn)定，還大大降低了生產(chǎn)成本，為AR（增強現(xiàn)實）微顯示帶來新發(fā)展。平臺的應(yīng)用并不局限于氮化鎵材料。顧星介紹，所謂堆疊技術(shù)，本質(zhì)是通過電路構(gòu)建陣列，快速實現(xiàn)驅(qū)動與功能整合，因此材料范圍可涵蓋發(fā)光材料、測序材料、通訊材料等。平臺實現(xiàn)半導(dǎo)體芯片間原子層級的精準(zhǔn)對接，既可以將不同功能模塊與驅(qū)動模塊靈活組合，又能憑借極致緊密的連接方式減少損耗，實現(xiàn)芯片的高度集成化與小型化。

“我們也基于CMOS和氮化鎵功率芯片集成陣列型芯片，實現(xiàn)高效率、極致的能源管理，成為AI時代服務(wù)器最好的搭檔。最有意義的是很多場景是我們從業(yè)人員都想不到的，但永遠(yuǎn)會有讓人興奮的點出現(xiàn)。”顧星說，這一創(chuàng)新平臺打開了想象空間，它可以突破傳統(tǒng)器件的性能邊界，超越摩爾定律，尋找新興增長機遇。

把握市場節(jié)點迭代升級

一項技術(shù)最終要在市面上勝出，都必須經(jīng)由應(yīng)用牽引與市場檢驗。對企業(yè)而言，無論技術(shù)多么領(lǐng)先，如果無法獲得市場認(rèn)可、實現(xiàn)盈利，便難以持續(xù)發(fā)展。高科技企業(yè)不僅需要一絲不茍地打磨技術(shù)與產(chǎn)品，更關(guān)鍵的是要把握市場節(jié)點，以需求牽引推動產(chǎn)品迭代升級。

“今年以來，我們國內(nèi)市場非?；鸨壳皣鴥?nèi)市場的增長速度遠(yuǎn)超海外市場，增長主要來自智能眼鏡、電源管理、光通訊應(yīng)用等?！鳖櫺潜硎?，明年智能眼鏡將在漢驊業(yè)務(wù)中占據(jù)更大比重。

當(dāng)前，智能眼鏡正打破傳統(tǒng)屏幕邊界。2025年上半年，全球智能眼鏡銷量較去年同期增長超一倍。AR微顯示屏市場正從OLED（有機發(fā)光半導(dǎo)體）和LCoS（硅基液晶）技術(shù)向具備超高亮度、超長壽命和極快響應(yīng)速度的MicroLED技術(shù)轉(zhuǎn)型。

顧星介紹，基于氮化鎵的MicroLED集成芯片在像素集成密度、日光干擾、刷新頻率、功耗四大主要性能上均處于領(lǐng)先地位。目前漢驊半導(dǎo)體在8英寸硅基GaN MicroLED中成功實現(xiàn)3.75μm工藝量產(chǎn)，像素密度達(dá)1600 PPI（像素密度單位），支持車用級使用需求，鍵合成品率高達(dá)95%以上。團(tuán)隊還在研發(fā)2.5μm工藝，預(yù)計明年實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，未來2.5μm工藝下的像素密度將提升至2560 PPI，滿足高端AR眼鏡對超高清顯示的需求。

“最先導(dǎo)入市場的是單色顯示眼鏡，估計明年具備提詞器、翻譯器的單色顯示眼鏡會進(jìn)入量產(chǎn)。”顧星表示，在單色顯示的高良率與可控成本基礎(chǔ)上，全彩顯示是單色顯示的進(jìn)階升級。漢驊半導(dǎo)體將紅、綠、藍(lán)三色MicroLED外延晶圓緊密連接，解決了傳統(tǒng)全彩方案像素密度低和封裝復(fù)雜的問題，加速全彩MicroLED商業(yè)化進(jìn)程。通過3DIC垂直堆疊，像素密度較現(xiàn)有方案提升300%，顯示精度實現(xiàn)飛躍，光學(xué)引擎及配套模組做到極致小巧，有效縮小芯片體積，適配性更強。

“基于氮化鎵材料和3DIC平臺的產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入快速通道。我們不僅要在技術(shù)上開拓，更要在良率、重復(fù)性和可靠性上下功夫?！鳖櫺翘寡?，今天的漢驊依然有大量工作需要打磨，唯有如此才能在快車道里為下游企業(yè)提供關(guān)鍵材料和芯片，和行業(yè)共同快速成長。

撥投結(jié)合破局初創(chuàng)難題

經(jīng)過7年技術(shù)攻關(guān)，如今的漢驊半導(dǎo)體已成功搭建全國首個多維度氮化鎵大型技術(shù)平臺，建成全國最大、覆蓋維度最全的氮化鎵材料生產(chǎn)基地，實現(xiàn)氮化鎵外延片材料量產(chǎn)。

目前漢驊外延片年產(chǎn)量30萬片，8英寸3DIC芯片產(chǎn)線月產(chǎn)能2000片。2027年計劃將制造精度從500納米提升到200納米甚至100納米?！艾F(xiàn)在我們的外延生產(chǎn)、芯片生產(chǎn)全程可以在自己的潔凈空間內(nèi)完成。”

但任何卓越技術(shù)的誕生都絕非坦途，半導(dǎo)體工藝的發(fā)展尤其需要依靠行業(yè)知識的長期積累，沒有任何捷徑可走。顧星在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域深耕20年，從2017年創(chuàng)業(yè)到2022年首款產(chǎn)品量產(chǎn)，漢驊氮化鎵外延落地生根也走過了五年時間。

2015年，彼時尚在海外工作的顧星萌生了回國創(chuàng)業(yè)的想法。但半導(dǎo)體創(chuàng)業(yè)早期需要大量資金和硬件設(shè)備投入，顧星不得不為第一筆資金的來源犯愁。初創(chuàng)團(tuán)隊的普遍做法是尋求社會資本融資，但投資人通常要求持有相當(dāng)比例的股權(quán)。然而持有股份占比過低、話語權(quán)不足，初創(chuàng)企業(yè)的未來發(fā)展方向?qū)⑹艿綐O大限制。

當(dāng)時有投資人對顧星提出的合作條件是，團(tuán)隊要在天使輪融資中讓渡2/3的股權(quán)，這讓他陷入兩難境地。他既需解決資金問題，更想守護(hù)初創(chuàng)團(tuán)隊的話語權(quán)。轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在2017年秋，一場海外座談會讓他與江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院(簡稱江蘇產(chǎn)研院)相遇，一次爭分奪秒的“車上路演”，成為項目加速落地的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折。

在那場華人科學(xué)家座談會上，顧星遇到了江蘇產(chǎn)研院院長劉慶。從劉慶口中他得知了江蘇產(chǎn)研院正在著力推動從科技到產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化。借著送劉慶一行去機場的機會，顧星在車上做起了“項目路演”，介紹氮化鎵材料創(chuàng)業(yè)項目的技術(shù)特點和應(yīng)用前景。顧星團(tuán)隊對于技術(shù)的專業(yè)執(zhí)著以及創(chuàng)業(yè)的熱情，深深地打動了劉慶，同時也推動江蘇產(chǎn)研院創(chuàng)造性地發(fā)明了支持前瞻性引領(lǐng)性技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的新機制——撥投結(jié)合制。2017年，江蘇產(chǎn)研院與蘇州工業(yè)園區(qū)共同出資，通過先撥后投、適度收益、適時退出的“撥投結(jié)合”模式，支持漢驊半導(dǎo)體落地蘇州。

初創(chuàng)團(tuán)隊面對的是新興涌現(xiàn)的未來市場，攻克的是可靠性的嚴(yán)苛認(rèn)證，經(jīng)歷著從技術(shù)、市場到客戶信任的漫長周期?！皠?chuàng)業(yè)之初我們只想著做出價廉物美的產(chǎn)品，但事實上除了等待合適的市場機會，沒有預(yù)料到培育生態(tài)、建立信任的周期如此漫長?！钡櫺钦J(rèn)為，正是這段艱難的跋涉，讓團(tuán)隊等來了市場的成熟，也等來了意料之外的突破——如今他們的產(chǎn)品不僅應(yīng)用于功率領(lǐng)域，更進(jìn)入AR微顯示等新興領(lǐng)域，產(chǎn)品性能已達(dá)到世界水平，“中國在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域基本可以和國外并駕齊驅(qū)?！?/p>

“可以說，沒有長三角國創(chuàng)中心就沒有漢驊。而長三角地區(qū)的創(chuàng)新生態(tài)為創(chuàng)新企業(yè)打開了從技術(shù)到市場的雙向通道。這里不僅有關(guān)鍵原材料和關(guān)鍵設(shè)備等上下游配套，也輸送了豐富的人才資源。我們無需在其他地方另設(shè)分公司，就能通過區(qū)域平臺靈活整合各地技術(shù)力量，也能為下游企業(yè)提供技術(shù)咨詢?！?/p>

依托上海虹橋樞紐的便利交通，有時顧星和剛下飛機的客戶“約在虹橋見個面、碰個頭”，喝杯咖啡的工夫，生意就談成了。用于AI電源管理的高密度器件已成為漢驊最新的業(yè)務(wù)發(fā)展方向，這一發(fā)展契機同樣來自長三角國創(chuàng)中心。在長三角國創(chuàng)中心組織的交流會上，團(tuán)隊捕捉到AI服務(wù)器企業(yè)面臨的技術(shù)痛點，探索以氮化鎵工藝突破技術(shù)瓶頸?！霸趪鴦?chuàng)中心構(gòu)建的體系中，我們獲得了非常多的創(chuàng)新資源。我們很慶幸當(dāng)初的選擇，才有了我們的今天?！?/p>