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【DT半導(dǎo)體】獲悉，隨著人工智能（AI）技術(shù)的爆發(fā)式增長，全球?qū)Ω?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%AE%97%E5%8A%9B/">算力設(shè)備的需求激增，但隨之而來的高能耗問題也日益嚴(yán)峻。近日，日本伊藤忠技術(shù)解決方案株式會(huì)社（CTC）與佐賀大學(xué)近期宣布合作，旨在加速“金剛石半導(dǎo)體”技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。這一合作不僅標(biāo)志著半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的技術(shù)躍遷，更可能為電力供應(yīng)鏈的高效化與低碳化提供關(guān)鍵解決方案。
金剛石半導(dǎo)體的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
金剛石被譽(yù)為“終極半導(dǎo)體材料”，其超寬禁帶（5.45eV）、超高熱導(dǎo)率（2000W/m·K）、高載流子遷移率（硅的3倍）及耐高壓、抗輻射等特性，使其在功率密度、散熱效率及能源損耗控制上遠(yuǎn)超傳統(tǒng)硅基及第三代半導(dǎo)體（如碳化硅SiC、氮化鎵GaN）。例如，佐賀大學(xué)嘉數(shù)誠教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的金剛石功率半導(dǎo)體器件，在1平方厘米面積上實(shí)現(xiàn)了875兆瓦的輸出功率，電力損耗僅為硅基產(chǎn)品的五萬分之一，且連續(xù)運(yùn)行190小時(shí)無劣化，展現(xiàn)了其在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性。
此外，金剛石的熱管理能力尤為突出。以數(shù)據(jù)中心為例，當(dāng)前高功率芯片的散熱依賴氮化鋁或銅基材料，而金剛石的熱導(dǎo)率是銅的5倍，可顯著降低設(shè)備溫度，延長使用壽命，同時(shí)減少冷卻系統(tǒng)的能耗。這一特性對(duì)AI服務(wù)器等高密度電子設(shè)備至關(guān)重要。
CTC與佐賀大學(xué)的合作：從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的跨越
佐賀大學(xué)在金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域已積累了多項(xiàng)核心技術(shù)。（1）2023年，其團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了全球首個(gè)金剛石功率器件，并與日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）合作研發(fā)出適用于太空通信的高頻元件。（2）佐賀大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過向金剛石基板吹送二氧化氮?dú)怏w并使用氧化鋁膜進(jìn)行保護(hù)，成功制造出高性能的金剛石半導(dǎo)體器件。這些器件在高溫和高電壓環(huán)境下表現(xiàn)出色，具有低能耗和長壽命的特點(diǎn)。（3）佐賀大學(xué)的研究不僅在學(xué)術(shù)界引起廣泛關(guān)注，還推動(dòng)了金剛石半導(dǎo)體的商業(yè)化進(jìn)程。與Orbray等企業(yè)合作，佐賀大學(xué)致力于解決金剛石半導(dǎo)體在制造過程中的技術(shù)難題，如摻雜和鈍化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)其在電動(dòng)汽車、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。
此次CTC的加入，將重點(diǎn)推動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與量產(chǎn)體系建設(shè)。合作的另一核心目標(biāo)是降低電力供應(yīng)鏈的能源損耗。AI服務(wù)器的電力需求呈指數(shù)級(jí)增長，而傳統(tǒng)半導(dǎo)體在電能轉(zhuǎn)換中的損耗高達(dá)20%。金剛石半導(dǎo)體可將這一損耗降至極低水平，同時(shí)減少發(fā)熱，從而提升整體能源效率。
可以預(yù)見，CTC與佐賀大學(xué)的合作將加速金剛石半導(dǎo)體從實(shí)驗(yàn)室邁向市場(chǎng)。隨著技術(shù)成熟與成本下降，這一“終極材料”有望在2030年前后重塑半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局，成為全球能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推手。
日本產(chǎn)學(xué)研合作案例
VLSI項(xiàng)目：日本超大規(guī)模集成電路（VLSI）項(xiàng)目是官產(chǎn)學(xué)研合作的典范。該項(xiàng)目由日本通產(chǎn)省組織實(shí)施，聯(lián)合東芝、三菱電機(jī)、日立、富士通和NEC等五家日本最具研發(fā)實(shí)力的公司共同設(shè)立，預(yù)算總額為28.1億美元，其中政府資金占50%。該項(xiàng)目不僅推動(dòng)了日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還產(chǎn)生了1000多項(xiàng)專利，促進(jìn)了本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的崛起。
信州大學(xué)的碳納米管技術(shù)：信州大學(xué)通過與企業(yè)的合作，成功將碳納米管技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
這些案例展示了日本在產(chǎn)學(xué)研合作方面的成功經(jīng)驗(yàn)，包括高校與企業(yè)的緊密合作以及創(chuàng)新機(jī)制的建立。
