中國粉體網(wǎng)訊  近期，據(jù)香港《南華早報(bào)》報(bào)道，得益于中國山東大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)所取得的技術(shù)進(jìn)步，中國在殲-20隱身戰(zhàn)機(jī)的有源相控陣?yán)走_(dá)上，已經(jīng)采用了一種新型的半導(dǎo)體技術(shù)-碳化硅，使雷達(dá)探測距離增加了兩倍，達(dá)到1000公里。

但這一消息尚未得到官方證實(shí)，且這則新聞報(bào)道也有多處說法并不嚴(yán)謹(jǐn)。

現(xiàn)代的有源相控陣?yán)走_(dá)（AESA）雷達(dá)的核心是收發(fā)模塊（T/R模塊），而T/R模塊靠的是高性能半導(dǎo)體材料和芯片。通常有源相控陣?yán)走_(dá)T/R模塊的半導(dǎo)體材料是砷化鎵（GaAs）和氮化鎵（GaN）材料。目前最先進(jìn)的是第三代氮化鎵有源相控陣?yán)走_(dá)，相比第二代砷化鎵，在相同體積下，氮化鎵的尺寸更小更輕，功率輸出更大，探測距離也更遠(yuǎn)。

而在半導(dǎo)體器件中，襯底是支撐器件功能的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而外延層則用于優(yōu)化器件性能，二者共同決定半導(dǎo)體器件的最終性能。T/R組件均需襯底支撐，早期硅基器件無需外延層，可通過粒子注入或熱擴(kuò)散工藝直接在硅襯底上生成晶體管；但砷化鎵、氮化鎵等化合物半導(dǎo)體器件必須依賴外延層，通過生長異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。

T/R組件常用的襯底材料包括硅、碳化硅、金剛石、氮化鋁等。從性能來看，金剛石襯底熱導(dǎo)率最優(yōu)（2200-2500W/m・K），但成本高昂且加工難度大；碳化硅襯底熱導(dǎo)率接近500W/m・K，兼具禁帶寬、耐高壓、絕緣性好等優(yōu)勢，造價(jià)低于金剛石且能滿足氮化鎵器件的散熱需求（氮化鎵T/R組件單模塊功耗可達(dá) 50-100W），因此成為氮化鎵器件的標(biāo)配。

而《南華早報(bào)》中報(bào)道中提到的山東大學(xué)團(tuán)隊(duì)是做什么的？

碳化硅是寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，受到長期的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)。山東大學(xué)徐現(xiàn)剛團(tuán)隊(duì)選擇從最底層理論破局：創(chuàng)新性提出“成核控制理論與能級(jí)調(diào)控結(jié)合”方案，自主設(shè)計(jì)研發(fā)晶體生長設(shè)備，讓晶體生長從“盲人摸象”變?yōu)椤熬珳?zhǔn)調(diào)控”，將微管、螺位錯(cuò)密度等直接影響碳化硅使用的缺陷從每平方厘米數(shù)百個(gè)降至零。

經(jīng)過上千次工藝優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整，團(tuán)隊(duì)最終實(shí)現(xiàn)了從2英寸到12英寸單晶的跨越。如今，在他的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)已攻克40余項(xiàng)核心專利，制定了我國首個(gè)半絕緣碳化硅SiC軍品標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建起自主可控的技術(shù)壁壘。

在國防領(lǐng)域，碳化硅的突破直接關(guān)乎國家安全，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高純半絕緣碳化硅成功應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)核心器件。嚴(yán)格來說，碳化硅并不是直接作為雷達(dá)的T/R組件材料，而是作為氮化鎵的襯底材料。因此僅根據(jù)碳化硅基底就推導(dǎo)出新一代雷達(dá)探測距離1000公里的結(jié)論，是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

碳化硅（SiC）是一種典型的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具備耐高壓、耐高溫、高頻、高效率等突出優(yōu)勢。在雷達(dá)系統(tǒng)中優(yōu)勢多多：

• 碳化硅的密度更低，重量更輕。使整套雷達(dá)電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小型化與輕量化，這對于空間極其緊湊的戰(zhàn)斗機(jī)而言意義重大。

• 可在600度的高溫下穩(wěn)定工作，理論可持續(xù)運(yùn)作8000個(gè)小時(shí)，大幅提升了雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性和耐久性。

• 碳化硅的輸出功率更高，雷達(dá)信號(hào)更強(qiáng)，偵測范圍也更大。

• 碳化硅具有較高的熱導(dǎo)率，在實(shí)際應(yīng)用中，碳化硅材料能夠快速地將熱量從發(fā)熱源傳導(dǎo)到散熱器或其他散熱介質(zhì)中，從而實(shí)現(xiàn)有效的散熱。

所以，山東大學(xué)徐現(xiàn)剛團(tuán)隊(duì)是在碳化硅襯底方面取得突破性的進(jìn)展，良率高，缺陷低，處于國際領(lǐng)先水平，并不是做碳化硅雷達(dá)的。

很顯然，我們所說的第三代氮化鎵雷達(dá)系統(tǒng)是氮化鎵和碳化硅的協(xié)同革命，采用氮化鎵外延加上碳化硅襯底的異質(zhì)集成架構(gòu)，用碳化硅襯底來解決氮化鎵的散熱瓶頸，從而使氮化鎵的外延層發(fā)揮更大的價(jià)值。

來源：

雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈大會(huì)：基于第三代半導(dǎo)體的殲-20 雷達(dá)性能躍遷：氮化鎵 T/R 組件與半絕緣碳化硅襯底的工程應(yīng)用

濟(jì)南日報(bào)：山大教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)“中國芯”，國產(chǎn)雷達(dá)實(shí)現(xiàn)“先敵發(fā)現(xiàn)、先敵制勝”

山東大學(xué)、52赫茲實(shí)驗(yàn)室

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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