芯耀
与非AI
619
张通社 zhangtongshe.com
随着传统硅基芯片的制造工艺逼近物理尺寸极限，摩尔定律似乎走到了尽头。如何让半导体工艺更进一步？以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料能给出答案。
第三代半导体材料有着高电压高频率、高运行效率、能在高温下稳定运行等优势，更适用于新能源汽车、无线通讯、光伏等领域。相比于碳化硅，氮化镓承载更高开关频率，能够制造大功率器件，而且生产成本不断降低，氮化镓功率器件正处于大规模商业化的黎明。
目前，国内有一家企业瞄准大功率车规级氮化镓芯片，凭借着国产自主知识产权，成为少数在该赛道有着强大竞争优势的企业。这家公司就是国镓半导体(无锡)有限公司（以下简称国镓半导体）。
近日，张通社走进国镓半导体，采访创始人赵森，他向张通社讲述了国镓半导体的创办经历和未来愿景。
01、瞄准新能源汽车成为领先的氮化镓半导体企业
氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）是第三代半导体材料的两大种类。然而，发明氮化镓比碳化硅晚了60年。
1969年，日本科学家Maruska等人曾在蓝宝石衬底表面沉积出较大面积的氮化镓。那时，氮化镓并未受到重视，缺乏相关技术让它一度被贴上“材料质量差”和“制备难度大”的标签，很难看到应用前景。
随着相关技术不断成熟，氮化镓被广泛认为具备禁带宽度大、击穿电压强、电子迁移率高、热导率大等优势。相比于碳化硅，氮化镓器件的关断时间几乎为零，可在高频段提供前所未有的效能。
氮化镓首先火在了快速充电宝上。“充满电仅需10分钟”的产品深受消费者喜爱，华为、小米等互联网巨头纷纷入局。
然而，氮化镓在工业端有着更广阔的应用前景，首当其冲的是新能源汽车领域。
伴随着国内的新能源汽车大规模商业化落地，“里程焦虑”一直萦绕在车企和车主心中。所谓“里程焦虑”是新能源车主因为续航时间短、充电难、充电时间长而产生精神痛苦或忧虑。“里程焦虑”为新能源汽车普及设置了障碍，成为各大车企亟需解决的棘手问题。
氮化镓变成解决“里程焦虑”的有效方式。氮化镓可应用于多种新能源车元器件，包括LED前照灯、逆变器电池、车载充电器和无线电池充电等等，而整辆汽车可以装载200到300颗的氮化镓芯片和元器件。
国镓半导体创始人赵森认为，如果新能源汽车能够大量使用氮化镓材料，那么新能源车主的“里程焦虑”将得到极大缓解。这具体体现在两大进步上：其一，动力系统能够节省50%以上的体积、重量和能量消耗；其二，新能源汽车的充电时间进一步缩短。
氮化镓应用于新能源车，国外大厂先行先试：2021年，宝马与GaN System合作，签订了有关氮化镓半导体的全面产能协议，合作金额1亿美元；2022年，纳微半导体建立全球首个新能源汽车研发中心，并推出针对新能源汽车的功率半导体，提升3倍充电速度，降低5%能源消耗。
反观国内，这片市场仍然属于蓝海，各大企业仍在摸索当中。更重要的是，氮化镓尚且存在重要的技术限制——氮化镓器件难以实现在10KW、1200V以上的大功率场景。这意味着，氮化镓尚且无法在诸如大功率的新能源汽车电机控制器上应用。
有了技术限制才有突破的可能性。
国内有一家企业看到大功率氮化镓半导体应用于新能源车的巨大价值，它凭借着技术实力和对市场趋势的判断，致力于打破技术瓶颈，成为国内领先的氮化镓半导体企业。这家公司就是国镓半导体（无锡）有限公司。
02、18年行业经验创立国镓半导体
赵森大学毕业之后，选择了上海作为未来发展的城市，在他看来，上海充满着经济活力和科技实力，是自己做出一番事业的地方。
毕业后，赵森加入德州仪器，从事芯片半导体技术研发方面的工作。可是，逐渐发现更喜爱市场销售的他决定转岗，成为一名德州仪器的市场销售人员。此后，他又先后加入意法半导体和英飞凌，成为一名半导体行业的“销售老兵”。
赵森非常热爱这份工作，凭借着优秀的销售能力，赵森很快开发出第一位大客户。当时，一位新能源电源设备企业找上门，需要采购大量的MOSFET、IGBT等功率半导体。
当了解到产品昂贵的价格后，这位客户有了明显的犹豫态度。为了赢得客户的信赖，从基层工程师到企业高管，赵森进行了充分而全面的沟通，并在掌握客户需求的基础上，构思了一套详细的方案。这套方案以客户为中心，详细阐明了产品对客户带来的价值——即使产品价格比市场均价高出四成，优质的产品能为客户未来经营增加超过五成的年均收入。
方案很快获得客户的充分认可。只用了半年时间，这位客户的订单量就从最初几万颗增长至几百万颗，而赵森也为公司贡献了上亿元的收入。
18年的奋斗让他在半导体领域拥有丰富的市场销售和管理运营经验——他带领过超100人的团队，服务了联想、安克创新、小米、长安汽车、比亚迪汽车等上百家重点企业客户，并取得了累积150亿元的芯片销售额。
谈到创业缘起，赵森想到自己在英飞凌第一次接触氮化镓的场景。2017年，氮化镓作为第三代半导体刚刚兴起，他率先接触到氮化镓的各种技术参数，“我当时看到后非常兴奋，氮化镓非常具有技术优势，在功率电源、射频和LED等领域上有着广泛的应用前景。”对于赵森来说，这是一个好机会，创业的种子就此埋下。
赵森的创业步伐进一步加快，是当他遇见英飞凌同事张立东的时候。后来，张立东成为他的创业合伙人。
张立东是北京大学物理半导体硕士和美国加州大学圣塔芭芭拉分校博士，其博士生导师之一是氮化镓专家中村修二，而中村修二曾因研究氮化镓材料获得了2014年诺贝尔物理学奖，另一个导师Umesh还参与创办了美国Transphorm氮化镓公司。张立东对氮化镓有着很深的研究，熟悉氮化镓全产业链的核心技术，并且知晓氮化镓如何以低成本、高性能、高可靠性的方式应用于工业领域。
赵森拥有着丰富的半导体行业经验和客户资源，而张立东有着深厚的研发实力，两人形成了天然的优势互补。于是，2021年国镓半导体团队正式在张江成立。
凭借着准确的市场定位和出色的研发实力。国镓半导体还吸引到一批优秀成员加盟。这些成员拥有着多年的半导体行业拥有研发经验，分别供职于德州仪器、英飞凌、华为、Transphorm等行业顶级公司，毕业院校来自于加州大学圣塔芭芭拉分校、香港科技大学、电子科技大学、复旦大学等国内外顶级院校。
事实证明，赵森选对了赛道，国镓半导体站在了“碳中和”和“半导体国产替代”双浪叠加的时代潮流上。
2020年，中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，高效能低能耗的氮化镓大有用武之地；2021年，国家十四规划将第三代半导提上升为国家战略的高度，明确提出要大力支持发展氮化镓材料，实现产业独立自主。
精准的创业方向和优秀的创业团队使得国镓半导体创办不久就受到资本的青睐。2022年，国镓半导体获得了近千万元融资，投资方包括上海汉理资本、无锡高新区太科办、深圳创东方等机构。为支持半导体的生产制造，国镓半导体仍然筹备着下一轮融资。
03、锁定大功率车规级氮化镓未来可期
目前，氮化镓应用于车规级半导体还未爆发。赵森告诉张通社，“2023年将是氮化镓应用于新能源汽车的元年，而大规模上量的时间将在2025年到2026年”。
为响应未来爆发增长，国镓半导体显然已经做好准备。国镓半导体拥有650V、900V、1200V及100V、200V等氮化镓产品，其中，650V产品已经量产。
与此同时，赵森团队掌握着自主知识产权Q-Cascode GaN氮化镓核心技术，让半导体拥有高电压、高稳定、高可靠和大功率的特点，并且速度高于硅器件20倍以上。赵森说道，“凭借着国镓半导体的自主核心技术，我们的产品完全能够通过车用芯片的三大认证体系，即AEC-Q、ISO26262和IATF16949。”
为了测验自己产品的市场竞争力，赵森把产品与国外一线大厂的产品进行横向比较，结果发展国镓半导体的性能毫不逊色。“比如它的功率范围是40W-10KW，栅极耐压达到20V，远超国外的同类产品。”
在赵森看来，国镓半导体要做一家专注于第三代半导体氮化镓功率器件及功率IC的Fablite公司。
Fablite是指轻晶圆厂模式，即将部分无法产生优势的成熟工艺外包厂商代工，部分核心制造留下。这种模式与垂直整合制造模式（IDM）、无晶圆长模式（Fabless）有着独特的优势：Fablite相比于IDM没有太多的固定资产投入；相比于Fabless质量控制做得更加出色。
为了贯彻Fablite模式，赵森团队做了很多。“我们完整掌握外延片材料、芯片设计、FAB流片工艺、高效散热和先进封装的全链条技术，因而完全能为客户开发氮化镓一站式研发服务。”
遥望未来的发展路径，赵森说：“我们希望3-5年内成为国内氮化镓赛道数一数二的公司，尤其在大功率车规级氮化镓赛道上成为国内的NO 1。”
历史上，半导体行业经历了2次大迁移，第一次是美国将半导体技术迁移到欧洲和日本，第二次是向韩国和中国台湾转移。在赵森看来，第三次半导体技术迁移将发生在中国，发生在以氮化镓为代表的第三代半导体上。
“相比于第一、第二代，我国与欧美在第三代半导体领域的差距要小很多，这正是中国掌握创新技术实现追赶甚至弯道超车的时候。”赵森说，“这也是我们创办国镓半导体的初心。”
