氧化镓：改写半导体规则的“战争金属”，一场被低估的材料革命

 

摘要：当全球芯片战聚焦于光刻机与3纳米制程时，中国却在第四代半导体材料领域完成“静默超车”——2023年，一块直径15厘米的氧化镓（Ga₂O₃）单晶在中电科46所下线，这项突破不仅让中国首次实现氧化镓晶圆量产，更在军工与民用领域掀起核爆级技术变革。

 

一架服役60年的轰6挂满PL-17导弹，在500公里外锁定了两架五代机！这两架高速突防的F-22突然警报炸响——400公里外，24枚PL17导弹正以6马赫扑来！这不是好莱坞剧本，而是氧化镓雷达带来的死亡方程式！

 

各位老铁，系好安全带，我们马上起飞。

 

 

前一段时间大家都在研究咱们成飞和沈飞的两架六代机，我们也专门做了一期视频，但是大家想过没有，六代机的核心战斗力是什么呢？A.速度B.隐身C.武器D.雷达没错，就是雷达。因为隐身也好，武器也好，就是为了先敌发现，先敌开火。也就是说，我们费这么大劲造六代机，目的就是为了在敌人还看不见我们，够不着我们的时候，把敌人消灭，而实现以上目的，必须依靠非常先进的雷达才行。

 

 

没有先进的雷达，飞机性能再强横，也是没头的苍蝇，在态势感知上始终处于被动挨打的局面。大家都知道，雷达的原理就是发射电磁波，接收反射波，而所谓先进的雷达，就是能发射更强更远的电磁波，接受更偏更弱的反射波。目前，各国的有源相控阵雷达，普遍使用镓元素。

 

 

早期，相控阵雷达主要采用砷化镓，它的优点是高频段的性能优异，能够实现高精度的探测和跟踪。

 

缺点是砷化镓的导热性较差，导致在高功率条件下容易产生过热问题，从而影响其性能和可靠性。

 

简单说，就是能够承受的电压有限，受到干扰容易被击穿，输出功率的上限也不高。

 

后来，美国空军研究实验室（AFRL）和雷神公司又搞出了氮化镓雷达。

 

氮化镓具有极高的热导率和电子迁移率，可以在高功率和高温环境下稳定工作。这使得氮化镓雷达在高功率输出方面具有显著优势，能够实现更远的探测距离和更高的精度。

 

而且氮化镓器件的工作频带很宽，可以覆盖从 L 波段到 Ku 波段等多个频段，这使得氮化镓雷达在多功能性，分辨率等方面都显著优于砷化镓。

 

同时，氮化镓具有较强的抗辐照能力和抗高温能力，能够在 2000℃ 高温下连续运行。这使得氮化镓雷达在复杂电磁环境下具有较高的可靠性和稳定性。

 

总之，与砷化镓相比，氮化镓雷达的功率密度高，能够在相同体积下实现更高的功率输出，在探测距离、精度、电子对抗中各项指标都显著高于砷化镓雷达。

 

目前，各国主流高端雷达基本上都是使用氮化镓。

 

 

特别是东大，几乎已经把氮化镓的技术开发到了极致，比如歼-20战斗机配备的氮化镓雷达，其对典型战斗机目标的探测距离可达 440 公里，对预警机类目标的探测距离可达 600 公里，对 F-22 等隐身目标的探测距离也能达到 146 公里，这些指标与美国F22等先进战斗机雷达的性能差不多。

 

 

再比如055 型万吨大驱上的 346B 型有源相控阵雷达，其T/R组件数量增至 10000 个以上，天线尺寸更大，对目标的探测距离至少 500 公里，能同时搜索 400 个空中目标，并跟踪其中的 100 个，与美国伯克级驱逐舰上最新型的SPY6型雷达比起来，很多性能已经有了明显优势。

 

但是，这些优势都不足以实现碾压式的降维打击，毕竟大家都是氮化镓，工艺再强，上限就在那里。

 

于是，大家开始研究新一代半导体材料，氧化镓！

 

 

和氮化镓相比，氧化镓各种特性都更上一层楼。

 

抗干扰能力更强，即使在潮湿条件下也能保持精准的侦测能力。

 

1、更高的耐高压和耐高温特性：可以在更高的温度下，以更高的功率工作，可靠性更强。

 

2、更大的功率支持：能够承受更大的电流电压，雷达可以发射更强的信号，提高探测距离和分辨率；

 

3、更低的功耗：在相同功率输出条件下，氧化镓的功耗更低，有助于提高雷达的效率和续航能力；

 

4、更强的电子战能力：氧化镓的高抗辐射特性，使雷达系统在复杂电磁环境中具有更好的稳定性和抗干扰能力。

 

目前，全球主要的氧化镓玩家只有三个，中、美、日，竞争格局颇有点三国鼎立的味道。

 

日本的精密刀具能切出完美晶圆，却切不断我们的全产业链；美国的实验室能造出顶级芯片，但他们的熔炉烧不出4英寸单晶！而我们在做什么？中电科46所的实验室里，氧化镓晶体正以每分钟0.2微米的速度生长——这速度慢得令人发指，却快得让五角大楼彻夜难眠！

 

 

日本主要是精加工和产业链方面优势明显，比如，日本NCT公司领跑全球氧化镓产业，供应全球近100%的氧化镓衬底。

 

国际上只有日本形成量产并开始产业化的应用，主要应用领域为工业电源、工业电机控制等，产业方以安川电机、佐鸟电机为主要代表。

 

美国主要在应用开发端具备优势，他们的器件研究成果最突出，各种创新的结构和工艺极大地推动了氧化镓器件的进步，但是美国的氧化镓产业发展进展缓慢。美国目前仅Kyma公司有1寸衬底产品，单晶尺寸上落后于中国，产业链也较为空白。

 

 

 

而中国更全面一些，中电科46所在2018年创造了国内的氧化镓4寸衬底记录，山东大学于2022年也报道了4寸衬底的成果。随着衬底和外延的进步，器件研发也达到了国际水平。

 

 

最重要的是，中国以占比8成以上的全球镓储量，是全球金属镓的最大生产国，目前正在全力打造氧化镓产业链。

 

在相关专利方面，中国以2368项专利领跑（美国1834项，日本972项）。

 

和民用领域相比，军工产业的应用只能会更早，2020年中电14所参与研制的某“过于先进，不便展示”重大项目喜获国家科学技术进步一等奖，个人推测可能就是氧化镓雷达。

 

如果是真的，那么不仅我们的六代机会彻底碾压其他所有五代、四代战斗机，而且，将会使整个战场形态发生巨大变化。

 

比如，搭载了氧化镓雷达的轰20，可以变身战斗卡车，甚至专门研发轰战机专用的大尺寸、长射程空空导弹，这样几架轰20编队，甚至都不需要战斗机护航。

 

再比如，将老式的轰-6改造为“空中武库机”，可携带24枚霹雳-17超远程空空导弹，配合搭载大功率氧化镓雷达的空中预警机，实现“A射B导”协同作战，根据英国《简氏防务周刊》和美国兰德公司《中国军力报告》中的对比分析法测算，如果雷达探测范围提升一倍，整个空中打击链的反应时间将缩短70%。

 

更可怕的是，当美国航母战斗群还在用SPY-6雷达扫描海平面时，我们的卫星星座已用氧化镓相控阵给整片海域做了“全身CT！”

 

比敌人看的远，比敌人打的远，比敌人打的快，这就是降维打击。

 

除了军事层面，在民用市场，氧化镓产品所带来的同样也是巨大的碾压优势。

 

比如新能源汽车，氧化镓逆变器使电能转换效率突破99%，800V高压平台充电时间缩短至12分钟。

 

比如5G/6G通信，氧化镓基站体积缩小60%，但信号穿透力翻倍——地下三层停车场也有满格5G！

 

最疯狂的是国家电网实验：氧化镓变电站让电能损耗从6%→0.7%，仅这一项每年省出的电够台湾省用2年！

 

虽然相较于军用，民用市场仍存在一些需要攻克的难关，比如，氧化镓制备非常困难，单晶生长速度仅5mm/小时（硅晶体可达200mm/小时），高端氧化镓衬底仍依赖日本Novel Crystal公司的进口，6英寸量产良率仅35%（行业盈利门槛为65%）等等。

 

但是我们相信，时间站在我们这一边。

 

这是最坏的时代，也是最好的时代。

 

当氧化镓遇上中国制造，一场改写全球半导体格局的史诗正在上演。从实验室的微观晶体到改变世界的宏观产业，这场材料革命的终局，或许就藏在今天每一个技术突破的瞬间。

 

各位老铁，别忘了点赞分享，我们拆解的不是技术，是霸权脊梁！

 

作者： 钢筋侠 ；来源：实学派微信号