中国电科产业基础研究院固态微波器件与电路全国重点实验室金刚石团队,在金刚石异质结取得突破,打造出首个立方相氮化铝/金刚石异质结材料和场效应晶体管。这次成果的技术意义高于短期业绩意义。真正值得关注的地方在于,研究团队不仅解决了两种材料之间的异质外延问题,还完成了场效应晶体管的验证——它标志着金刚石半导体研究从材料生长和结构表征,进一步走向可以工作的电子器件。但必须同步划清界限:距离大规模生产高频功率芯片,仍有不少工程化难题没有解决。
要先区分两条非常不同的金刚石半导体路线。第一条是金刚石散热衬底,它的作用是给GaN、SiC等器件散热,价值在于降低结温、提高功率密度和可靠性,金刚石本身并不参与导电。第二条是金刚石有源半导体器件,金刚石直接参与形成晶体管的导电沟道,价值在于利用金刚石本身极高的击穿场强和载流子特性。这次中国电科的研究属于第二条路线,技术层级也明显更高。
根据成果描述,团队在金刚石表面通过氢终端调控和畴匹配外延方法,获得了高质量的立方相AlN/金刚石异质结,并实现了增强型场效应晶体管。它针对的正是金刚石电子器件长期面临的一项核心挑战——如何获得质量高、且能够有效控制载流子的半导体界面。2026年9月发表于《高压物理学报》的综述就指出,金刚石虽然拥有很强的材料潜力,但仍存在n型掺杂困难、表面终端热稳定性不足,以及大尺寸低成本晶圆制备等一系列产业化障碍。
立方相氮化铝之所以关键,在于晶格匹配这道坎。常见的氮化铝晶体属于六方结构,而金刚石属于立方晶系,两者晶体结构和晶格参数的差异会让外延生长容易产生缺陷和界面问题。团队采用的畴匹配外延思路,能够通过一定的晶格周期关系缓解直接外延时的失配问题,从而在单晶金刚石这一超宽禁带、高击穿场强、高热导率的衬底上,生长出可用于构建器件结构的高质量立方相AlN外延层,并进一步加工、验证出具备构建有源器件潜力的增强型异质结场效应晶体管。
"增强型"也是一个值得重视的关键词。它通常意味着器件在零栅压附近处于关断状态,需要施加合适的栅压才能开启,这对很多电路的功耗控制和安全设计都有潜在优势。但仍需确认具体器件究竟是p沟道还是n沟道、开启电压是多少、阈值稳定性如何,不能仅凭"增强型"三个字就认定其综合性能已经超过了现有的GaN或SiC功率器件。
把时间线拉长就能看清这次成果的位置。中国电科产业基础研究院在2026年4月就曾发布过一项成果:自主研发的大尺寸、低成本、自支撑金刚石晶圆实现规模化量产,并已在激光器、微波器件等领域开展应用验证。将两次成果放在一起,可以清晰地看到金刚石半导体从材料走向器件的演进链条:先是大尺寸晶圆的制备,解决生长和精密加工问题,为散热衬底和器件研发提供材料基础;接着是异质结材料的制备,让立方相AlN与金刚石形成高质量界面,为新的载流子调控方式提供可能;再到此次的有源晶体管验证,证明材料结构能够真正用于构建电子器件。再往后,还需要经历工艺平台化(多器件一致性、可靠性及晶圆级制造)和射频产品商业化(功率放大器、模块、整机验证)两个阶段,才可能产生规模化的销售收入。
换句话说,此次新闻意味着链条上的前三个阶段取得了进展,但并不代表第四、第五阶段已经完成。尤其对射频器件而言,做出一个晶体管与做出有商业竞争力的功率放大器之间,仍然存在明显距离。接下来我最希望看到的,是一组完整的性能数据:判断高频工作潜力要看截止频率和最高振荡频率,衡量射频功率能力要看单位栅宽输出功率密度,判断能耗与散热优势要看功率附加效率,此外还有击穿电压与导通电阻、增强型器件的阈值电压稳定性、高温寿命与批次一致性,以及直接决定制造成本的外延面积和成品率。目前的报道没有给出这些关键参数的完整数据,我也尚未检索到可直接核对的本项原始论文全文,因此暂时不能认定该器件的射频综合性能已经超过最先进的氮化镓器件。
中瓷电子(003031) 其2026年半年报显示,公司业务已包括氮化镓通信基站射频芯片、博威公司的射频器件,以及国联万众的氮化镓和碳化硅器件平台;上半年营业收入22.11亿元、同比增长54.76%,归母净利润4.03亿元、同比增长41.22%(同比按公司半年报调整后可比口径)。这意味着中瓷电子已经拥有较成熟的化合物半导体商业化业务,未来如果金刚石射频技术能够形成可量产的工艺平台,它在射频器件设计、制造、封装和客户验证方面确实具备相关技术基础。2026年5月,投资者就曾向中瓷电子询问控股股东的金刚石散热衬底技术能否进入上市公司,董秘并未确认相关技术将转移,只表示公司暂无应披露未披露事项。所以我会把中瓷电子定义为"科研主体股权关联最直接、已有射频产业化平台,但新技术归属尚待确认"的标的——不能因为控股股东研发成功,就自动把研究院的专利、设备或未来利润计入上市公司。此外还有一个容易混淆的细节:中瓷电子的氮化铝陶瓷封装技术,与此次立方相AlN异质结外延层并不是同一种产品,二者不能混为一谈。
四方达(300179)旗下的河南天璇半导体已具备MPCVD设备自主研发及功能性金刚石制备能力。2026年半年报披露,天璇半导体上半年营业收入约6822万元、同比增长约589%,公司同时推进新的CVD金刚石生产线建设;此前公司在投资者交流中表示,金刚石散热片已通过部分客户测试并进入小批量供货阶段。放到集团层面,四方达2026年上半年营收3.75亿元、同比增长43.76%,归母净利润7818万元、同比增长46.90%,说明公司确实已有真实业务增长。但必须分清楚:半导体散热级金刚石的规模化制备,不等于能够批量提供适合立方AlN外延的低缺陷单晶半导体衬底,后者对晶向、位错、表面粗糙度、晶体纯度及批次一致性可能提出更严格的要求。四方达未来能否进入有源金刚石器件产业链,需要单独验证。
国机精工(002046)2026年半年报明确表示,其MPCVD大单晶金刚石的产能规模与技术实力处于国内第一梯队,金刚石散热片和光学窗口片已在部分非民用领域推广应用,上半年金刚石材料产品收入约1.12亿元、同比增长33.78%。需要提醒的是,这项产品收入并不等于半导体级单晶材料收入。我认为国机精工的看点在于,未来有源金刚石器件不仅需要生长出晶体,还需要高品质的晶圆加工、减薄、抛光和缺陷控制,而国机精工同时具备金刚石材料与超硬精密加工业务,适合沿这条路线进一步研究。
沃尔德(688028)2026年半年报披露,公司正开发多晶、单晶金刚石及硅基、碳化硅基金刚石散热衬底,部分产品已送往国内外客户验证;公司在8月投资者交流中明确指出,金刚石散热业务整体收入仍小,预计对2026年业绩贡献有限。此外,沃尔德已实现12英寸金刚石散热晶圆的相关工艺开发,并与晶圆代工和先进封装企业推进验证。这里要特别区分:12英寸金刚石散热晶圆不等于12英寸电子级单晶金刚石有源器件衬底——前者主要利用金刚石的导热性能,可能采用多晶薄膜和复合基底;后者则需要满足晶体管外延、界面以及电学性能等一系列要求。因此如果投资逻辑是AI芯片散热,沃尔德值得研究;如果投资逻辑是中国电科此次的立方AlN/金刚石晶体管,关联还比较间接。
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