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芯元基半導體 創始人郝茂盛
20年行業積澱,
成為GaN材料領域的先行者
郝茂盛是甘肅平涼人,1985年考入蘭州大學物理系,初步接觸了半導體領域的知識。儘管那個時代信息閉塞,但地處西北的蘭州大學卻集結了優秀的師資力量,人才輩出,成果斐然。
在蘭州大學讀完本科和碩士畢業後,他於1992年考入中科院半導體所,攻讀光電材料和器件工學博士學位。讀博期間,他師從中國早期半導體硅材料奠基人梁駿吾院士,開始了化合物半導體的MOCVD外延層生長技術的研究。當時,以砷化鎵、磷化銦等化合物半導體為代表的第二代半導體材料才剛剛起步,而郝茂盛作為先行者已有了初步探索。
1995年博士畢業後,郝茂盛爭取到了去日本繼續深造的機會,先後在日本名古屋工業大學和德島大學擔任博士後。「從GaN領域全球技術發展來看,日本是起步較早的國家,名古屋工業大學和德島大學都是國際知名的半導體材料研發機構,90年代初日本在GaN材料技術取得了重大突破,開發出坎德拉級別的高亮度LED。」郝茂盛回憶,天時加上地利,他正好進入了GaN領域。
不久後,郝茂盛受邀加入新加坡先進材料研究院擔任Senior Research Fellow,從事GaN材料和光電器件的研究開發,主要研發任務是利用側向外延生長技術,製作做GaN激光器。2002年獲得日本國立大學客員副教授資格,重新回到名古屋工業大學負責由日本大洋酸素資助的GaN基MOCVD外延項目。
郝茂盛感到慶幸,因為相較於一些科研工作者在不同的領域跳躍,自己較早進入了GaN材料領域,並持續深耕着。無論是在日本還是新加坡,他參與的所有研發工作都是和富士通、日立等大型公司直接合作的項目,在國外工作期間作為負責人或主要完成人共參與科研項目5項,與產業的結合十分緊密。
歸國創業,
技術創新讓他找到新方向
2000年以來,中國照明市場逐漸步入LED時代,LED半導體照明作為新一代替代產品,衝擊節能燈的「主流替代」地位,以GaN為代表的第三代半導體概念隨之被熱炒。
與此同時,「歸國創業潮」漸成氣候,一大批高端留學人才被中國「廣覽天下英才」的科研環境吸引。在「丹鳳歸巢」的景象下,郝茂盛於2006年正式回國,決定將國外積累的豐富經驗和技術成果運用到我國LED產業發展中。
上海張江成為他展露鋒芒的第一站。2008年經甘子釗院士和張國義教授介紹,郝茂盛加入上海藍光科技,任技術副總經理,主管技術中心、技術質量部,分管公司的新品研發、產品技術質量工作,負責國家及地方專項課題、公司內部研發課題推進等。
在藍光科技工作期間,他參與和推動了GaN基LED芯片技術進步。在他的主導下,藍光科技不僅成功開發出國內第一個高亮度的綠光LED芯片並達到量產,也成為國內首家將藍寶石圖形襯底(PSS)做到量產規模的企業。
實踐出真知,更激發靈感。這段工作經歷不僅為他帶來寶貴的產業化經驗,更讓他從中看到了創業契機。2014年,他在張江創辦了芯元基半導體,就像「芯元基」三個字所詮釋的,立志打造高效能的GaN基芯片技術平台。
「當年在國外研發GaN激光器的時候,為了降低GaN的位錯密度,我利用了側向外延生產技術,在這方面做了大量工作。在藍光科技工作一段時間後,我意識到藍寶石襯底導熱性差,加工的難度比較大。結合以往的工作經驗,我提出了複合圖形襯底技術,相比於藍寶石圖形襯底,它能將GaN材料里的位錯密度降得更低,做出的器件性能會更優越。」
郝茂盛坦言,芯元基創立之初的定位是技術供應商,即將複合圖形襯底技術供應給生產LED芯片的企業。早在2020年,公司就基於其獨創的藍寶石複合圖形襯底技術,開發出了低位錯密度的高阻GaN材料,也可用於電子功率器件和微波射頻器件等的製備。
技術創新往往源於不斷挖掘,也會在探索中找到新的方向。在團隊研發複合圖形襯底技術的過程中,郝茂盛又發現了GaN外延結構和外延襯底化學剝離技術。「儘管藍寶石是目前LED的主流襯底材料,但由於其本身不導電、不散熱的的特性會影響LED器件的發光效率,做器件工藝會比較麻煩。如果能把GaN膜與藍寶石分離開,就可以做一些高端的器件結構,我們的技術就大有可為。」
看準了更廣闊的的市場價值,在完全自研的藍寶石複合圖形襯底技術和側向外延生產技術的基礎上,郝茂盛帶領團隊解決了大量的工程問題,終於使他們獨創的化學剝離技術日益成熟,達到了可以大批量、規模化量產的程度,擺脫藍寶石襯底對GaN芯片散熱影響。
與行業現有的激光剝離藍寶石襯底技術相比,芯元基半導體獨創的化學剝離藍寶石襯底技術,能夠實現100%的剝離良率,而且對GaN,特別是InGaN量子阱無損傷,在規模化量產後具備較明顯的成本優勢。
發力Micro LED新戰場,
打破國外技術壟斷
歷經近8年的潛心研發,芯元基半導體已經形成了以藍寶石複合圖形襯底技術(DPSS)、化學剝離技術和晶圓級批量轉移技術等為核心的完整技術體系,這些技術是製造高端光電子器件的核心技術,在中國、美國、日本及中國台灣等國家和地區均已獲專利授權,打破了該領域技術的國外壟斷,技術水平位於全球前列。
在郝茂盛看來,創業不光是解決行業技術難題,更是為了在技術進步中引領時代潮流,滿足新的需求。在經過了長期的技術積累與沉澱之後,2021年底,他帶領團隊以GaN技術為基礎,挺進Micro LED賽道。
Micro LED被視為下一代微顯示器技術,也是未來顯示技術的主流趨勢,被業界譽為「終極顯示技術」,諸多巨頭如康佳、索尼、三星等均在積極布局Micro LED 技術,如三星已向市場推出了成熟的產品。相較於LCD和OLED,Micro LED具有更輕薄、高解析度、低功耗、高亮度、反應時間快、可視角度大等方面的優勢,市場規模十分可觀。有調研機構根據測算數據表明,當Micro LED在消費電子終端年出貨滲透率達到50%時,按照折合每片(2英寸片)200元的價格計算,Micro LED芯片市場規模將達到3800億元,潛在市場發展空間巨大。
郝茂盛表示,芯元基半導體的Micro LED芯片主要有兩個應用方向,一個是車載、智能手錶等商用顯示領域,一個是AR/VR等新興市場,目前公司已經開始與國內知名廠商展開合作,送樣測試,也拿到了一些研發訂單。
「儘管我國已經是全球LED芯片的生產供應大國,但Micro LED作為高端芯片離不開激光剝離環節。目前國內掌握激光剝離技術並能用於穩定生產的企業不多,該技術本質上對材料也有損害。我們的化學剝離技術和現有的半導體晶元加工技術有非常好的兼容性,可以實現晶元級巨量轉移,從而加速Micro LED顯示產業化的進程。」
一路走來,芯元基半導體在一次次技術迭代中實現突破,也吸引來了眾多投資機構下場投資。2017年4月,芯元基完成天使輪融資,投資方為創徒叢林;2018年3月,完成Pre-A輪融資,投資方為張江科投,同年11月獲得由中微半導體領投的數千萬元A輪融資;2021年4月,芯元基又獲逾億元B輪融資,投資方包括浦東科創、張江高科、上海自貿區基金和杭州創徒等,着力打造其在安徽省池州市落地的首條GaN基DPSS襯底和高端薄膜芯片規模化生產線。
風口之下,競爭局勢異常激烈,但郝茂盛已運籌於帷幄之中。「未來3-5年,我們規劃將Micro LED芯片產品實現穩定量產,並繼續專注以氮化鎵為代表的第三代半導體,重點投入微波射頻、5G 通信與新能源汽車等前沿領域應用,研發性價比更高的電子功率器件,以打破國際廠商對高端電子器件的市場壟斷。」
點亮世界,是人類改造自然中永恆的主題。從鑽木取火到油燈蠟燭,從蒸汽機到電氣化,從熒光燈、白熾燈到節能LED,從2D到3D,一次次智慧的火種,照亮了人類文明的發展史。
曾幾何時,半導體行業流傳這樣一段預言:「假如把我國所有路燈都換成LED燈,每年節省的電量相當於3個三峽電站的年發電量。」現如今,郝茂盛正帶領着芯元基半導體,順着LED照明掀起的第三次半導體材料革命浪潮,將這一技術構想轉化為現實,成為支撐新一代信息技術、節能減排和智能製造的「核芯」力量。
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