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       半导体材料的代际更迭正推动电子信息技术进入新纪元。当第三代半导体（碳化硅、氮化镓）在新能源汽车、5G通信领域大放异彩时，一场围绕第四代超宽禁带半导体的全球竞赛已悄然展开。

       第一代（硅 / 锗）

       1947 年，贝尔实验室的锗晶体管拉开序幕，奠定了微电子产业基础，我们熟悉的计算机芯片就源于此。

       第二代（砷化镓/ 磷化铟）

       1950 年代，化合物半导体登场，高频性能卓越，成为通信产业的核心，手机信号传输全靠它。

       第三代（碳化硅/ 氮化镓）

       1970 年代起，耐高压、耐高温的碳化硅和氮化镓崛起，推动新能源汽车、5G 基站等领域革新。

       第四代（氧化镓/ 金刚石 / 氮化铝）

       如今，禁带宽度超 4 eV 的 “超宽禁带” 材料登场，开启极端环境应用新纪元。

       氧化镓、金刚石、氮化铝——这些禁带宽度超过4eV的材料，凭借其耐万伏高压、抗千度高温、抵强辐射的极限性能，成为6G通信、特高压电网、深紫外光刻等尖端领域的核心突破口。而在这场关乎未来科技主导权的博弈中，中国正加速突破技术封锁，力争实现从“跟跑”到“并跑”的关键跨越。

       材料竞速

       氧化镓：低成本产业化的破局者

       作为第四代半导体中产业化进程最快的材料，氧化镓的巴利加优值（BFOM）高达3297，远超碳化硅的603，特别适用于万伏级功率转换器件。其最大优势在于制备成本仅为氮化镓的1/5——通过熔体法即可生长大尺寸单晶，避免了第三代半导体所需的高压设备。西安邮电大学于2023年在8英寸硅片上实现高质量氧化镓外延，为兼容现有硅基产线奠定基础；三菱电机已开发出6.5kV氧化镓肖特基二极管，效率较碳化硅提升30%，有望应用于新能源汽车超快充系统。

       金刚石：极端性能的“天花板”

       自然界最高热导率（>2000W/mK）与超高载流子迁移率（1370cm²/Vs），使金刚石成为高功率射频芯片的理想散热衬底。但硬度过高导致的加工难题长期制约其发展。2021年香港城市大学团队实现金刚石9.7%弹性应变，突破“脆性魔咒”，使电子能带调控成为可能；日本Adamant并研发出40GHz金刚石射频功放器件，可满足6G基站对高频高效的严苛需求。

       氮化铝：深紫外光电子学的核心载体

       6.0eV的极宽禁带使其成为目前唯一可商业发射UVC波段（200-280nm）的半导体材料。苹果公司已将其用于iPhone的5G射频滤波器，但大尺寸单晶制备仍是全球瓶颈。松山湖实验室突破物理气相传输（PVT）技术，制备出3英寸氮化铝晶锭（图3-4），缺陷密度降至10⁴cm⁻²级；美国HexaTech公司垄断2英寸以上衬底市场，单片价格高达数万美元。

       中国路径：从技术封锁到自主生态构建

       第四代半导体已成为大国科技博弈的焦点领域。2022年8月，美国商务部将氧化镓、金刚石单晶列入对华出口管制清单，而氮化铝衬底早已被长期禁运。这些迹象均表明，以第四代半导体为标志的新一轮科技竞赛已悄然打响。

       当前，我国越发重视第四代半导体产业的布局，相关规划已陆续上马。在“十四五”发展规划中，氮化铝、氧化镓、金刚石、氮化硼等材料的制备技术均已列入国家重点研发计划，获得了国家层面更多的重视与支持。我们有信心突破该领域的“卡脖子”问题。

       未来已来：谁将定义下一个 “半导体时代”？

       从法拉第发现半导体特性（1833 年），到蓝光 LED 获诺贝尔奖（2014 年），每一次材料突破都重塑世界。如今，第四代半导体正站在产业化前夜 —— 或许下一个十年，我们将见证：电动汽车搭载金刚石电池，续航超 2000 公里；6G 基站用氮化铝芯片，延迟低至 1 毫秒......

       这场 “超宽禁带” 引发的科技竞赛，中国已握有 “入场券”。让我们拭目以待，看半导体材料如何继续撬动人类文明的未来！