硅不够用了，接下来靠什么？

不久前，武汉光谷迎来了一场重磅活动——2025九峰山论坛暨化合物半导体产业博览会。这场会议的意义远不止于展示与交流。在展会的背后，一个更为深远的趋势正在浮现：化合物半导体正从实验室走向市场，成为推动新一轮技术革命的核心力量。

在半导体产业的百年历程中，硅基材料始终是无可争议的主角。从晶体管到集成电路，硅的物理特性与规模化优势支撑了全球数字化进程。然而，当人类社会向高频通信、高效能源转换与智能化终端全面跃迁时，硅的天花板逐渐显现。此时，化合物半导体以“后来者”姿态登上舞台，凭借其独特的性能优势，悄然掀起一场静默却深刻的产业革命。

凭借高频、高功率、耐高温的特性，其正成为突破硅基半导体物理极限的关键力量。以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料，在5G通信、新能源汽车、人工智能等领域展现出颠覆性潜力。

01晶圆上的革命

化合物半导体的崛起，离不开材料科学领域的突破性进展。北京大学沈波教授团队在氮化物半导体缺陷控制技术上的研究，正是这一领域的重要里程碑。他们通过创新的扫描透射电子显微镜（STEM）技术，成功观察并控制了氮化镓（GaN）外延薄膜中位错的原子级运动，将材料纯度提升至11个数量级。这一成果不仅显著提升了GaN基射频器件的性能，还为5G基站等高频通信设备的国产化铺平了道路。

与此同时，华中科技大学缪向水教授团队在硫系化合物相变存储器上的探索，也为存算一体架构注入了新的活力。基于非晶-晶态相变原理，这种新型存储器能够实现高效的逻辑运算与信息处理，其性能远超传统闪存。这一技术的出现，不仅为AI硬件的革新提供了新思路，也展示了化合物半导体在存储领域的潜力。

这些技术突破的背后，是化合物半导体独特的物理特性在发挥作用。以宽禁带半导体为例，它们的禁带宽度远大于传统的硅材料，使其能够在高温、高压环境下保持稳定运行。例如，氮化镓（GaN）的击穿电场强度是硅的10倍，导热系数则是硅的3倍，这使其成为功率器件领域的理想选择。

此外，氧化镓（Ga₂O₃）作为一种超宽禁带半导体，其禁带宽度高达4.8eV，远超碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。这种特性使其在下一代高功率器件和深紫外探测器中展现出巨大的应用前景。

从分类上看，化合物半导体主要包括三五族（如砷化镓GaAs、氮化镓GaN）、二六族（如硫化锌ZnS）以及氧化物（如氧化镓Ga₂O₃）等材料体系。每种材料都有其特定的应用场景：GaAs因其高电子迁移率，广泛应用于高频通信和光电子领域；GaN则凭借其卓越的功率性能，在5G基站和快速充电设备中占据重要地位；而Ga₂O₃由于其极高的击穿电场强度，正逐步成为下一代功率电子器件的研究热点。

02从边缘走向核心

当化合物半导体走出实验室，其应用场景的颠覆性远超预期。过去十年，化合物半导体的应用经历了从“配角”到“主角”的质变。

在新能源汽车产业的狂飙突进中，碳化硅（SiC）正成为重构动力系统的核心材料。传统硅基 IGBT 器件在高压快充、高温环境下的能量损耗问题日益凸显，而 SiC 功率模块的导通电阻仅为硅器件的 1/10，可将电机驱动系统的效率提升至 99% 以上。特斯拉 Model 3 率先在主逆变器中采用 24 颗 SiC MOSFET 芯片，使续航里程提升 5% 的同时，充电桩体积缩小 60%。国内车企紧随其后，比亚迪在 "刀片电池" 配套的电控系统中全面导入 SiC 模块，蔚来 150kWh 半固态电池包更依赖 SiC 器件实现 480kW 超快充技术。

如果说SiC在高压领域开疆拓土，氮化镓（GaN）则在中低压场景掀起效率革命。从智能手机的百瓦级快充到5G基站的射频前端，GaN器件以更小体积实现更高功率密度。小米、OPPO等厂商推出的氮化镓充电器，体积缩减40%却能实现半小时充满笔记本电脑，这背后是材料特性带来的系统性创新。

更值得关注的是GaN在数据中心的潜力。传统硅基电源的转换效率约为92%，而采用GaN技术的新型供电系统可将这一数字提升至98%。对于年耗电量相当于一个小城市的大型数据中心而言，这5%的效率提升意味着每年数千万度的能源节约。在“双碳”目标驱动下，GaN正在从消费电子配件进化为新基建的底层支撑。

03产业话语权

当前全球化合物半导体产业呈现“技术迭代加速、区域竞争深化、应用场景拓展”的复杂格局。据市场研究机构Yole Group最新公布的预测报告显示，预计到2030年，全球化合物半导体器件市场预计将增长到约250亿美元。

Yole 表示，化合物半导体器件行业在 2024 年至 2030 年期间处于快速增长轨道上，复合年增长率接近13%，令人印象深刻，超过了更广泛的半导体市场。蓬勃发展的汽车和移动出行行业推动了这种加速，电信、基础设施和消费电子产品也带来了强劲的势头。

在这种动态背景下，主要半导体参与者对化合物技术越来越感兴趣。在过去十年中，随着功率SiC的快速普及，Wolfspeed 剥离了其射频和 LED 业务，专注于 SiC。与此同时，意法半导体、安森美和英飞凌科技扩大了对碳化硅的投资，采用垂直整合的商业模式，以减少地缘政治紧张局势中对硅片供应的依赖。在 SiC 市场繁荣的同时 ，OEM 对用于电力电子应用的 GaN 表现出更浓厚的兴趣。这种兴趣导致了格局的变化。据分析师预测，到 2029 年，功率 GaN 市场预计将增长到 20 亿美元以上，5 年复合年增长率将保持强劲。截至 2025 年，英诺赛科、Power Integrations 和 Navitas 在功率 GaN 市场处于领先地位。与此同时，英飞凌和瑞萨电子分别通过收购 GaN Systems 和 Transphorm 实现了无机增长。

射频（RF）砷化镓（GaAs）是第一个在消费类应用中取得成功的化合物半导体，预计到 2025 年将拥有完善的生态系统。目前射频器件大厂Skyworks 引领着这一市场，其次是 Qorvo 和 Murata（村田），在消费类终端系统中赢得了设计胜利。

全球化合物半导体产业曾长期由美日欧主导。美国Qorvo、日本住友电工、德国英飞凌等企业凭借先发优势，占据产业链高端环节。但近年来，中国通过政策扶持与资本投入，正加速缩短差距。2016年，中国将化合物半导体列为国家战略新兴产业，华为、三安光电、比亚迪等企业纷纷布局，形成了从衬底材料到器件制造的完整链条。

值得关注的是，这种追赶并非简单复制。以SiC为例，中国企业在8英寸晶圆良率、衬底成本控制等环节已取得突破，部分产品性能接近国际先进水平。在刚刚结束的上海车展上，多家中国企业展示了车规级SiC模块的量产能力，预示着本土供应链的成熟。这种“以市场换技术”的策略，正在改写全球产业版图。

目前，我国化合物半导体产业已形成京津冀鲁、长三角、珠三角、闽三角和中部地区五大重点集聚区。京津冀鲁依托高校科研资源，成为技术创新策源地；长三角凭借完备工业体系，发展为产品生产重镇；珠三角以开放市场与资金优势，吸引技术资本汇聚；闽三角借助地缘优势，推动两岸产业协同；中部地区凭借成本与政策优势，崛起为新兴发展极，其中武汉光谷打造出科研- 中试 - 生产一体化产业基地。

中国半导体行业协会理事长陈南翔曾表示，近年来，随着化合物半导体在新能源、汽车、光伏、储能、轨道交通、移动通信及新型显示等多个领域的应用不断深化和拓展，市场需求呈现出快速增长的趋势。在市场需求的牵引、技术突破、创新的突破，以及产业链的聚集发展的共同作用下，我国半导体化合物半导体产业正处在高速发展阶段，形成了一批龙头企业，具备了一定的国际竞争力。

04结语

为了推动性能和成本的极限，化合物半导体行业继续探索新的材料、平台和设计。现在一个关键问题是：哪种新兴的半导体衬底将是下一个游戏规则改变者？答案并不明显，因为材料科学家和工业界正在开发许多新的外延生长衬底，包括Ga₂O₃、金刚石、体GaN、GaSb、InSb、体AlN、smartSiC和基于多晶AlN的工程衬底。

考虑到所有这些进展，化合物半导体市场将保持持续增长，特别是在硅无法满足需求的领域。技术的未来发展无疑将受到化合物半导体的持续发展和影响的塑造。