2025年2月13日凌晨，中國科技界迎來一則重磅消息：吉林大學劉冰冰教授團隊聯合中山大學朱升財教授，在國際頂級期刊《Nature Materials》上發表了最新研究論文，宣布團隊首次成功合成高質量六方金剛石塊材，其硬度與熱穩定性遠超傳統立方金剛石。

幾乎同一時間，北方華創公開表示，已為國內多家研究機構提供第四代半導體材料（如氧化鎵、金剛石）的晶體生長設備，加速技術產業化。這兩項突破，標志著中國在第四代半導體領域不僅實現了“從0到1”的原始創新，更邁出了“從實驗室到生產線”的關鍵一步。

一、第四代半導體：為何成為“國之重器”？

1. 技術代際之爭：從硅到金剛石的性能躍遷

■第一代（硅、鍺）：支撐了計算機革命，但已逼近物理極限，難以滿足高功率需求。

■第二代（砷化鎵）：推動通信技術飛躍，卻因成本高昂局限于軍工和射頻領域。

■第三代（碳化硅、氮化鎵）：成為新能源車、5G基站核心，但國際競爭激烈，中國仍依賴進口。

■第四代（氧化鎵、金剛石）：憑借超寬禁帶特性（氧化鎵4.9eV，金剛石5.5eV），可耐受極端高壓、高溫和輻射，被譽為“終極半導體”，是量子計算、深空探測、高能武器的“勝負手”。

以氧化鎵為例，其能量損耗僅為硅的1/3000，理論可將電動車充電時間縮短至“分鐘級”；而金剛石的介電擊穿強度是硅的33倍，能在500℃高溫下穩定運行，堪稱“半導體中的鉆石”。

2. 中國必須贏的三大理由

■ 軍事安全：氧化鎵雷達可穿透復雜電磁干擾，提升導彈制導精度；金剛石芯片可抵御核爆電磁脈沖，成為戰略武器“心臟”。

■能源革命：若全球數據中心采用氧化鎵器件，年節電量相當于三峽電站3年發電量。

■產業鏈自主：中國鎵儲量占全球68%，但此前高端材料制備技術被日美壟斷。如今突破意味著從“賣礦石”轉向“賣芯片”。

二、科技突圍：從實驗室到產業化的“暗夜之戰”？

1. 六方金剛石：隕石中的“超級鉆石”逆襲

吉林大學團隊通過模擬隕石撞擊地核的極端環境（50GPa超高壓、1400℃），發現石墨可經“后石墨相”轉變為六方金剛石，其硬度達155GPa，比立方金剛石高40%，熱穩定性突破1100℃。這項成果不僅破解了隕石鉆石來源的地質謎題，更將應用于深井鉆探、太空艙防護層等極端場景。

■毫米級塊材合成：突破納米級限制，采用國產碳化鎢壓砧技術，將壓力極限提升60%。

■綠色制造：免清洗工藝減少化學污染，契合碳中和目標。

2. 氧化鎵：8英寸晶圓的“極限挑戰”

“每增加1英寸，良品率暴跌30%?！蔽靼侧]電大學實驗室里，陳海峰教授指著泛著紫光的氧化鎵晶圓說道。這枚全球最大的8英寸晶圓（是在8寸硅片上制備出氧化鎵外延片），曾讓團隊瀕臨崩潰——熱場溫度波動必須控制在±0.5℃，相當于在颶風中保持蠟燭不滅。

轉機來自一場“跨界合作”。團隊引入航天材料的熱仿真模型，將熱場穩定性提升10倍。如今，這條產線每片晶圓成本僅500美元，不到日本同類產品（日本NCT公司壟斷）的1/3。“以前是追著別人跑，現在我們要換賽道?！标惡７逭f。

三、全球競速：中國如何重構半導體權力版圖？

1.技術標準爭奪戰

中國正推動氧化鎵測試標準納入國際電工委員會（IEC），這是發展中國家首次主導半導體國際標準。而美國對氧化鎵的出口管制，反加速了中國國產化進程。

2. 地緣博弈：美國為何“越封鎖越被動”？

日本雖掌握63%的氧化鎵專利，但中國近3年申請量激增400%，在“創新-量產-應用”閉環中形成壓倒性優勢。美國智庫CSIS報告承認：“傳統技術制裁對中國已失效?！?/p>

四、SEMI-e 2025寬禁帶半導體及功率器件主題專區

在全球競相追逐第四代半導體技術的背景下，SEMI-e 2025將充分利用華南地區市場優勢，打造寬禁帶半導體及功率器件主題專區，集中展示第三代半導體碳化硅SiC、氮化鎵GaN、石墨及碳材料、立方氮化硼（C-BN）；第四代半導體氧化鎵（Ga2O3）、金剛石、氮化鋁（AlN）；晶圓、襯底、封裝、測試、光電子器件(發光二極管LED、激光器LD、探測器、紫外)、電力電子器件(二極管、MOSFET、JFET、BJT、IGBT、GTO、ETO、SBD、HEMT等)、微波射頻器件(HEMT、MMIC)等，為半導體產業鏈的聯動協同注入新的活力。