电子产品世界

1   心“芯”相印的微电子教育情愫

集成电路(IC) 产业对国民经济和国家安全保障具有先导性，其水准成为衡量综合国力的重要标志，由于其知识和技术密集型特点，对人才的依赖度尤为突出。深圳作为中国IC 产业核心区，长期以来仍受专业人才缺乏的困扰，面临自主国产化芯片浪潮，微电子教育体系创新迫在眉睫。2019 年1 月南方科技大学深港微电子学院成立，并被教育部列入国家示范性微电子学院建设单位，正是大势所趋，必然会对中国IC 产业格局起到深远的影响，对此本人专程前往深圳同于洪宇院长进行交流。

于院长谈及作为一个国家示范性微电子学院，南方科技大学深港微电子学院重点构建和完善人才培养和科研体系；以微纳工艺研发和IC 设计与测试为支撑两大平台；聚焦新型通信芯片、人工智能芯片和生物芯片三大领域；着力打造真正符合市场需求且具有国际竞争力四个研究中心，分别为IC 设计方法与EDA 研究中心、高性能IC 与片上系统集成研发中心、宽禁带半导体研究中心和微系统与芯片应用研究中心。

中国半导体产业应对国际发展潮流，唯有迎头赶上才能掌握先机。南科大第三代半导体器件重点实验室研究方向包括：多尺度多物理场仿真设计、宽禁带芯片、恶劣环境下新型传感器、SiP 先进封装、大功率芯片封装、封装用先进材料研究等。

在“5G 中国芯”如火如荼之际，深港微电子学院挂牌“国家5G 中高频器件制造业创新中心”，又率先获批 “未来通信集成电路教育部工程研究中心”。

化合物半导体是未来IC 产业发展的重要方向，其中氮化镓（GaN）技术是热点。于洪宇团队在AlGaN/GaN HEMT 器件研究方面取得系列进展为行业所关注, 如图1 所示， 相关成果在国际微电子器件权威期刊IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices 及IOP Semiconductor Science and Technology 上发表，其研究与优化所催生的创新工艺有望实现常关型射频器件，实现产业化突破。

图1 源漏欧姆接触方面的成果与世界先进水平对比

2   专“芯”致志的宽禁带科研情结

以5G 移动通讯为代表高密度基站所需功率放大器在高频下要有高功率输出，无论传统硅半导体器件，还是GaAs 半导体器件，高频输出效率都不高，实用效果不好。而第三代半导体GaN 有较宽禁带宽度，已成为新型功率放大器首选。对输出功率与工作频率要求高于GHz 和5 W 以上的军事雷达、航天通讯也大有裨益。

目前GaN 功率器件市场迅速扩大，尽管已有部分产业化应用，但依然存在如器件效率、器件成本和电流崩塌现象等难题，南科大已开展器件和工艺相关研究集中解决。

GaN 射频器件的主要生产厂商包含Wolfspeed、UMS， 还有管制类射频GaN 器件制造商Macom 和Qorvo。国内方面，海威华芯及收购OMMIC 的四川益丰。军事用途的高端GaN 产品只有欧美厂家。行业产品几乎都为Sub-6 GHz 波段，功率皆>5 W/mm，国内与国外差距不明显。从学术界来看，以往由欧美实验室( 例如美国MIT 与瑞士ETH) 刷新纪录的超高频器件格局近年来正在被国内团队打破，代表国内在产业与学术领域逐渐追赶上国际水平，也突显高效器件如何从学术界转移至产业的重要性。南科大于洪宇教授课题组早期重点研发GaN 功率器件，近两年着手开发GaN 射频器件，不同于主流SiC 上GaN 器件，特色是Si 基GaN 器件，这在国内外都是发展较慢却有利于未来大规模市场化的结构。在单步工艺，如欧姆接触、器件表面钝化与栅极工艺都有相关成果已经发表，有些工艺甚至具有国际领先水平。如图2 为深港微电子学院宽禁带半导体研究方向。

图2 宽禁带半导体研究方向

3   全“芯”全意的EDA共享情谊

在半导体设计行业中EDA 工具总是处于最上游，是集成电路产业发展的基础。如图3 所示，芯片设计制造流程的起始就是EDA，这对中下游的设计、制造、封测行业具有基础性、战略性、服务性重大作用。随着IC 不断向高集成度、高速度、低功耗、高性能发展，对高可靠计算机辅助设计手段EDA工具的依赖愈发强烈。

深港微电子学院与国际知名企业Synopsys 和国内华大九天、鸿芯微纳等厂商合作，进行IC 设计方法学研究，完善EDA 工具流程，积极参与国家解决“卡脖子”计划，加强国产化自主设计。同时全面推进国产集成电路EDA 工具平台进校园工作，与企业合作建设集成电路产教融合创新平台。与IC 设计方法学和EDA 领域领先者合作建立实验室，充实EDA 研究中心资源。作为大学计划的核心，搭建IC 设计EDA 支撑平台，涵盖数字ASIC、混合信号IC、模拟IC，RF 射频IC，还有三代半专用EDA，以及片上系统（SOC）在内的多种设计流程和设计方法，对于含低功耗设计、可制造性设计（DFM）、可测性设计（DFT）等流程也纳入公共EDA 平台之中。该平台业已制订长远和持续发展的软、硬件完善升级计划，吸收国内包括华大九天、鸿芯微纳等知名厂商优惠提供大学计划EDA 软件包，并不排斥国际知名厂商的参与。严格采用先进的技术手段和管理模式，既保证设计数据的安全和技术保密，又尊重和保护知识产权，为中国科研和教学创造良好的环境，并树立样板工程。

在学院四个研究中心的布局中，EDA 工具承担着关键的支持工作，为SOC 系统设计、传感器应用、第三代半导体三个中心提供服务，提供面向人工智能芯片（AI）设计的EDA 仿真平台、面向先进芯片验证的多物理仿真工具、面向纳米器件的量子物理TCAD 工具。

所支持芯片设计囊括宽禁带、5G 中高频、AI 类、医疗、神经元与大脑等芯片。EDA 的共享资源将惠及已有众多联合实验室，包括先进芯片设计、智能现实芯片、生物芯片、能源物联感知、三维封装热管理、先进封装和测试技术、宽光谱光电与材料，以及未来更多的领域。

图3 芯片设计制造基本流程框图

4   结语

南科大成立整十周年，深港微电子学院正式成立不过两周年，然而已在科研领域获得多个国家级和省市级资质，包括获批国家示范性微电子学院，于院长对学院的快速发展态势颇感欣慰。希望深港微电子学院以此为指导，砥砺前行、再接再厉，围绕国产化半导体产业链，努力建设中国微电子学科拔尖人才培养高地和高水平科研的重点基地，并致力于将学院打造成为粤港澳大湾区建设的示范性深港澳合作标杆项目，从而推进中国半导体产业新浪潮。

（本文来源于必威娱乐平台 杂志2021年3月期）

关键词： 集成电路 微电子 氮化镓器件 宽禁带 IC GaN 202103

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