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先進(jìn)的功率芯片和射頻放大器依賴于氮化鎵 （GaN） 等寬帶隙半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料，但是中國(guó)控制著大部分的鎵的供應(yīng)，并且已經(jīng)對(duì)鎵進(jìn)行出口管制。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，美國(guó)國(guó)防部機(jī)構(gòu) DARPA（國(guó)防高級(jí)研究局）近期已委托雷神（Raytheon）公司 開(kāi)發(fā)基于人造金剛石和氮化鋁（AlN）的超寬帶隙半導(dǎo)體。

雷神公司的目標(biāo)是引領(lǐng)這些材料發(fā)展到針對(duì)當(dāng)前和下一代雷達(dá)和通信系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)備中，例如射頻開(kāi)關(guān)、限幅器和功率放大器，以增強(qiáng)其功能和范圍。這包括在協(xié)同傳感、電子戰(zhàn)、定向能以及集成到高超音速等高速武器系統(tǒng)中的應(yīng)用。

憑借其 3.4 eV 帶隙，GaN 已經(jīng)成為高功率和高頻半導(dǎo)體的領(lǐng)先材料。但是人造金剛石有可能在高頻性能、高電子遷移率、極端熱管理、更高功率處理和耐用性至關(guān)重要的應(yīng)用中超越 GaN 的能力（其帶隙約為 5.5 eV）。然而，人造金剛石是一種新興的半導(dǎo)體材料，其大規(guī)模生產(chǎn)仍然存在挑戰(zhàn)。氮化鋁 （AlN） 具有更寬的帶隙，約為 6.2 eV，使其更適合上述應(yīng)用。雷神公司尚未開(kāi)發(fā)出合適的半導(dǎo)體。

在DARPA授予其合同的第一階段，Raytheon 的先進(jìn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)將專注于開(kāi)發(fā)基于金剛石和氮化鋁的半導(dǎo)體薄膜；第二階段將專注于研發(fā)及改進(jìn)金剛石和氮化鋁技術(shù)，以用于更大直徑的晶圓，特別是針對(duì)傳感器應(yīng)用。

根據(jù)合同條款，雷神公司必須在三年內(nèi)完成這兩個(gè)階段。這也凸顯了該項(xiàng)目的緊迫性。Raytheon 將 GaN 和 GaAs 集成到雷達(dá)應(yīng)用中已經(jīng)擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此 DARPA 選擇了該公司。

“這是向前邁出的重要一步，將再次徹底改變半導(dǎo)體技術(shù)，” 雷神公司先進(jìn)技術(shù)總裁 Colin Whelan 說(shuō)。“雷神公司在為國(guó)防部系統(tǒng)開(kāi)發(fā)類似材料（如砷化鎵和氮化鎵）方面擁有豐富的成熟經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)將這一開(kāi)創(chuàng)性的歷史和我們?cè)谙冗M(jìn)微電子方面的專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，我們將努力使這些材料成熟起來(lái)，迎接未來(lái)的應(yīng)用。”

去年七月份，商務(wù)部和海關(guān)總署發(fā)布公告，決定對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制，自2023年8月1日起正式實(shí)施。

規(guī)定實(shí)施后，出口商如果想開(kāi)始或繼續(xù)出口，將需要向商務(wù)部申請(qǐng)?jiān)S可證，并需要報(bào)告海外買家及其申請(qǐng)的詳細(xì)信息。商務(wù)部應(yīng)當(dāng)自收到出口申請(qǐng)文件之日起進(jìn)行審查，或者會(huì)同有關(guān)部門進(jìn)行審查，并在法定時(shí)限內(nèi)作出準(zhǔn)予或者不予許可的決定。對(duì)國(guó)家安全有重大影響的本公告所列物項(xiàng)的出口，商務(wù)部會(huì)同有關(guān)部門報(bào)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)。

有專家表示，中國(guó)通過(guò)出口許可制，可以厘清這些關(guān)鍵金屬出口的最終用戶和用途，以規(guī)避危害國(guó)家安全和利益的風(fēng)險(xiǎn)。

鎵和鍺這兩種金屬通常被歸類為“小金屬”，在自然界中通常不會(huì)單獨(dú)發(fā)現(xiàn)這些金屬，作為精煉廠的副產(chǎn)品以小濃度生產(chǎn)的，這些精煉廠專注于鋅或氧化鋁等其他更主流的原材料。

鎵是一種低熔點(diǎn)高沸點(diǎn)的稀散金屬，有“電子工業(yè)脊梁”的美譽(yù)。鎵具有高導(dǎo)電性、中等導(dǎo)熱性和液態(tài)低毒等特性,是一種很有前途的合成智能功能材料的原料，有良好的導(dǎo)電性，可以很容易地與許多其他金屬結(jié)合形成低熔點(diǎn)合金。

美國(guó)軍方依靠氮化鎵的特性來(lái)有效傳輸開(kāi)發(fā)中的最先進(jìn)雷達(dá)的功率。氮化鎵還被用于雷神公司正在制造的愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的替代品。

從產(chǎn)量來(lái)看，中國(guó)產(chǎn)量占比全球鎵產(chǎn)量最高。德國(guó)和哈薩克斯坦分別于2016年和2013年停止了鎵生產(chǎn)。（2021年德國(guó)宣布將在年底前重啟初級(jí)鎵生產(chǎn)）， 匈牙利和烏克蘭分別于 2015 年和 2019 年停止鎵生產(chǎn)。

鎵早在第二次世界大戰(zhàn)期間就被認(rèn)為是一種戰(zhàn)略性和關(guān)鍵金屬，目前鎵的世界總儲(chǔ)量約 23 萬(wàn)噸，中國(guó)的鎵金屬儲(chǔ)量居世界第一，約占世界總儲(chǔ)量的 80%-85%。其中被列入出口管制中的砷化鎵作為第二代半導(dǎo)體材料的代表，在高頻、高速、高溫及抗輻照等微電子器件研制中占有主要地位；半絕緣砷化鎵材料主要用于雷達(dá)、衛(wèi)星電視廣播、微波及毫米波通信、無(wú)線通信（以手機(jī)為代表）及光纖通信等領(lǐng)域；氮化鎵作為典型的第三代半導(dǎo)體材料，是目前世界上最先進(jìn)的半導(dǎo)體材料，是新興半導(dǎo)體光電產(chǎn)業(yè)的核心材料和基礎(chǔ)器件，在手機(jī)快充、 5G通信、 電源、 新能源汽車、LED 以及雷達(dá)等方面具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。