上海超前布局第四代半导体

来源：新民晚报

宝钢热轧厂区内，500℃到600℃的钢卷堆放在仓库，不断散发出热量，但可利用的换热温差很小，传统余热回收技术对此无能为力。而在浩瀚深空中，人类的探测器正试图在核聚变装置或宇宙深处捕捉微弱的信号，可传统的半导体材料一碰到极端辐射与高温便容易“罢工”。

上天入地的极限挑战和传统钢厂的节能痛点，这两个看似八竿子打不着的难题，如今正被第四代半导体这把钥匙解开，但这项前沿技术距离大规模商业化应用尚需时日。为闯出“硬核科技”破局之路，上海果断“抢跑”，提前布下一着先手棋。

提供“创新基建”

如果说第三代半导体解决了高压环境下的痛点，那么以氧化镓、金刚石、氮化铝为代表的第四代半导体，就是针对超高压、强辐射、高温、高频等更极端工况研发的。业内普遍认为，第四代半导体要实现大规模产业化，少说也得等十年。但在集成电路产业产值已突破350亿元的临港新片区，面向未来的产业长跑的发令枪已然打响。2024年3月，上海在国内率先将第四代半导体作为未来产业培育重点，开展全链条布局。前不久，全国首个《第四代半导体未来产业集聚区建设行动方案（2026—2028年）》也在这里出台。“半导体行业有句话叫‘一代材料，一代器件，一代应用’，作为第四代半导体，它未来肯定会有广阔应用。”上海市科委“四代半”项目经理于金旭坦言，这种“超前”绝非凑热闹，“而是为了夺取全球科技竞速的时间窗口”。

如何抢出“时间差”？上海镓驰动力科技有限公司的成长就是个生动的例子。这家主攻第四代半导体氧化镓功率芯片的企业，发起股东是杭州的材料企业与南京的器件企业，大家跨越地域，把联合攻关的大本营放到上海临港。公司总经理张广银算过一笔账：在新能源汽车、超高压电网等领域，第三代半导体（比如碳化硅）虽然风头正劲，可一旦面对3300V以上的超高压场景，很容易触碰到耐压的天花板。而氧化镓不仅天生就适合中高压和特高压场景，材料生长成本还更低。

“四代半”不是在传统市场里跟别人“抢蛋糕”，而是给未来的产业当“创新基建”。“有了耐极端环境的金刚石器件，商业航天才能走得更远；有了微纳热电芯片，工业废热回收才能真正实现。”于金旭说，2024年立项之初，我国在第四代半导体领域与国际先进水平还有一定差距，“但得益于超前培育，如今整体差距在缩小，个别细分领域甚至实现并跑乃至局部超越。”张广银也表示，氧化镓从4英寸衬底阶段推进至8英寸水平，跨过从材料研究迈向器件开发的关键门槛，镓驰动力预计在明年初就能推出第一款商业化的氧化镓功率器件产品。

特殊运营逻辑

从“一张图纸”到“一件商品”的跨越，常被称为科创的“死亡之谷”。真要让泡在实验室里的科学家出来开公司、跑市场，大家心里多少有些打鼓。但上海交通大学胡志宇博士带领的团队，却实实在在地体验了一把何为“光速落地”。他们耗时多年研发出的微机电能源（MEME）热电芯片，哪怕在微小温差下都能发电。带着这项技术，他们在创新创业大赛上拔得头筹，随后火速入驻临港的司南半导体超级孵化器。

“我们这项研究积累了差不多20年，但从实验室走向产业化，最需要懂行的专业孵化器及政府政策加持。”上海芯擎宇能科技有限公司首席运营官王婷回忆，“比赛是去年11月13日结束的，孵化器这边紧跟着就帮我们跑流程。到了17日，公司工商注册就完成了，只用了四天！”

能让科技人员省心，归功于孵化器背后特殊的运营逻辑。司南半导体孵化器总经理李四华介绍，这里绝非收租的“二房东”，面对高校团队普遍存在的“原理可行、工程验证缺失、市场路径不明”的情况，孵化器在最前端专门辟出独立的“概念验证平台”。“哪怕你的公司还没成立，平台也能先协助团队把技术和市场的可行性做个验证；等创业风险真正降下来了，再导进孵化器培育。”

为帮助初创企业迈过资金这道坎，孵化器不仅提供晶圆制造、封测认证等核心专业服务模块，还与总规模5亿元的临创司南天使基金绑定。此外，临港还拿出名为“拨改投”的创新政策：在企业早期研发和科技成果转化阶段，政府通过财政研发资金给予支持，帮助团队专注技术研发和成果转化；待企业具备市场化、企业化运作基础后，由启航天使基金联合外部投资机构，按照市场化估值开展首轮股权投资，并同步实现前期财政研发支持资金本金的退出，形成从研发扶持到市场化资本支持的接续机制。“这种充满耐心的资金托底，让硬科技企业度过最难熬的阶段。”王婷说。

助企拿下“第一单”

“创新产品落地应用是一大痛点。”一路陪着企业对接市场的于金旭看得真切，“用户的痛点跟研发的痛点是不一样的。你的前沿技术必须能解决用户的痛点，才有真正的生命力。”

为了帮初创企业破冰，拿下“第一张订单”，上海干脆做起“红娘”，由科委和国资委牵头，把这些初创技术的供给方直接推到上汽、宝钢等大型国企面前，让真实的场景需求给技术“把脉”。王婷记得，当司南半导体孵化器第一次安排他们与宝钢热轧厂对接应用合作时，双方的痛点奇妙地“治愈”了。“宝钢背负巨大的节能减排压力，钢卷下线后几百摄氏度的余热，过去因没有合适技术，只能白白流失。而芯擎宇能基于第四代半导体赛道研发的微纳热电芯片却能充当超级转换器，打破传统发电对大温差的依赖，把这些低品位废热转化为清洁电力。”双方一拍即合，王婷补充道：“未来铺开应用，单条热轧线每年就能实现3万多吨的节能减碳，还可通过余热发电每年获得超过千万元的收益。”

如今，围绕氧化镓、金刚石、氮化铝、锑化物等四大代表性方向，临港集聚区已经悄悄聚集了十余家材料与器件企业，不仅占了上海全市的一半以上，更成为全国第四代半导体领域企业数量最多、方向最全的地区。于金旭说：“未来产业的魅力所在，就是用颠覆性的技术去主动创造出适合未来、但现在可能还想象不到的场景。” 本报记者 马丹 实习生 王领枫