在第二十八届中国北京国际科技产业博览会（北京科博会）上，北京中科重仪半导体科技有限公司展台前，不少观众被一台大型设备模型吸引驻足。它是第三代半导体氮化镓（GaN）外延材料生长的核心装备——MOCVD（金属有机化学气相沉积）设备，也是产业链中的关键基础装备。

围绕这台设备，展台依次展示了12英寸GaN外延片、晶圆、功率器件、电源模组，以及应用于电动车、人形机器人、数据中心等领域的终端产品。从核心装备到外延材料，再到器件和场景应用，清晰呈现出一条完整的GaN产业链，也勾勒出这家北京硬科技企业从底层装备技术突破走向终端场景落地的发展路径。

北京中科重仪半导体科技有限公司是一家从事第三代半导体GaN材料及相关产品研发、生产和销售的国家高新技术企业，也是国内唯一自主MOCVD设备和自主GaN外延材料为一体的产业化公司。作为化合物半导体行业的创新者，公司拥有国际先进的GaN外延材料研发和产业化基地，致力于突破外延材料与核心装备技术，为我国高性能功率电子产业提供关键基础材料。

中科重仪围绕GaN材料生产及应用技术持续深耕，核心研发团队在相关领域积累超过30年自主研发经验，已构建起覆盖GaN外延炉制造、外延片制备、器件设计和应用方案开发的自主核心技术体系，形成从底层材料到终端应用的协同创新能力，累计布局知识产权35项，相关成果经工信部科技成果评价为“国内领先”水平。公司与清华大学、北京理工大学、西安交通大学等高校开展产学研合作，持续推动GaN关键技术攻关和科技成果转化，获评中国产学研合作创新示范企业。

突破“卡脖子”环节，国产装备走向产业化

芯片被称为现代产业的“粮食”，而高端装备则是支撑产业链发展的关键基石。在第三代半导体领域，制造高性能GaN器件离不开高质量外延材料，MOCVD正是GaN外延生长的核心装备。MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通俗地说，MOCVD就像一台能在晶圆表面“精准种薄膜”的高端设备，通过控制温度、气流、压力和反应材料，在衬底上一层层生长出氮化镓等化合物半导体材料。对于GaN产业而言，外延材料的均匀性、缺陷密度和稳定性，直接关系到后续功率器件的性能和可靠性。长期以来，高端MOCVD设备市场主要由少数国际厂商占据，设备采购、工艺适配、核心部件供应和自主迭代等环节都制约国内GaN产业链的安全稳定和规模化发展。

瞄准这一产业痛点，中科重仪研发团队持续推进关键核心技术攻关，自主研发出面向电力电子领域的大尺寸环形多片MOCVD设备，创新采用三重加热系统与环形多区喷头设计，集成基于模型的晶圆翘曲和应力调控系统及全自动晶圆传输系统，在温场流场控制、晶圆应力控制、颗粒污染抑制、量产稳定性等方面实现突破，具备高均匀性、高可靠性与高重复性等优势。

中科重仪大尺寸氮化镓外延产线

有效的应力控制和边缘裂纹抑制效果

据介绍，该设备实现腔体控温范围400℃–1350℃，控温精度达到±0.1℃，外延表面颗粒度控制在0.2颗/cm²（颗粒尺寸≥0.3μm）以内，片内与片间不均匀性稳定低于1%。同时，单炉维护周期显著延长至110次，设备稼动率维持在95%以上，在有效提升外延质量的同时，保障了量产环境下设备的持续稳定运行，为大规模制造提供了可靠的工艺基础。

目前，中科重仪自主研制的GaN量产型MOCVD设备已经实现关键零部件全国产化，产线综合生产成本相较行业内平均水平降低50%以上，成功填补了国内GaN-on-Si功率外延专用装备的产业链空白，实现了装备‑工艺‑材料全链条自主可控，为第三代半导体产业升级提供了关键支撑。

此外，基于自主研制的GaN量产型MOCVD设备，中科重仪与清华大学、广东中科半导体微纳制造技术研究院等高校和科研院所联合开发了定制化科研型设备，为前沿材料研究、工艺验证和器件开发提供装备支撑，将国产MOCVD设备从产业化应用向科研创新场景延伸。

攻克外延难题，打通GaN国产化全链条

如果说装备是基础，那么外延材料则直接关系到器件性能上限。硅基GaNHEMT外延被业内视为第三代半导体制造中技术难度最高的环节之一，难点主要集中于晶格失配、热失配，以及大尺寸晶圆均匀性控制。

围绕这一难题，中科重仪采用“设备自研+外延自研”的一体化路径，围绕材料体系、工艺流程与装备平台展开系统攻关，实现从应力调控、界面工程到大尺寸均匀性优化的全链路创新突破。

8英寸硅基氮化镓晶圆

依托自主设计的GaN量产型MOCVD设备，中科重仪成功开发了多层AlGaN与AlN纳米插入层的应变管理结构（Transitionlayer），通过梯度压应力注入实现位错逐级湮灭与应力重构。同时，高精度纳米级AlN插入层进一步稳定GaN基底晶格，实现晶格常数与热膨胀系数的动态补偿。这种多尺度应变工程有效将大尺寸Si基GaNHEMT外延片的裂纹和翘曲控制在行业领先的极低水平，确保高温外延过程的结构稳定性，从而为大尺寸硅基GaN外延的稳定量产提供了关键工艺基础。

此外，在均匀性优化上，中科重仪开发了多级匀气结构与流场优化工艺，结合多通道进气、边界层调控及前驱体输运路径优化，实现厚度、组分、应力与电学性能在全片范围内的二维一致性。这一创新突破传统MOCVD工艺的均匀性瓶颈，显著提升了外延片的重复性和可靠性。

良好的外延层厚度和Al组分均匀性

中科重仪8英寸GaN-on-Si外延片翘曲度控制在±30微米以内，纵向击穿电压超过1200V，电子迁移率超过2000cm²/V·s，整体性能达到国际先进水平。目前，公司已建成5条国产化8英寸GaN外延片产线，外延片良率超过90%。相关产品销售至能华微电子、士兰微、苏州立琻等企业，并服务香港大学、清华大学、南京大学、中山大学等高校科研需求，为GaN功率器件研发、验证和产业化应用提供材料支撑。

基于高品质Si基GaN外延片，中科重仪进一步完成HEMT功率器件制备，实现从材料端向器件端延伸，已形成“设备—外延—器件—模块”全链条闭环，成为国内稀缺的GaN综合解决方案提供商。

面向多元场景，GaN应用落地

GaN为何备受关注？答案在应用端。相比传统硅基器件，GaN具备高频、高效、低损耗、小型化等优势，可显著提升能源利用效率和电能转换效率。

在人工智能、云计算等新兴应用加快发展的背景下，数据中心对高效率、高功率密度电源的需求持续提升。据美国能源署数据，钛金级能效优化每年可全球节电5TWh，单机柜电费降低2400元，碳排放减少超200万吨。面向数据中心“节能减排”的硬需求，中科重仪开发的GaN器件已在中国航信、奥海科技等多家服务器电源平台通过验证，电源效率峰值超过96%，达到钛金级标准，轻载效率（10%–30%）优势尤为明显。器件温升比传统硅方案降低约23℃，有助于延长设备寿命并降低制冷能耗，推动数据中心向高效、低碳、可持续方向演进。

在人形机器人和无人机领域，公司基于低压GaN器件开发的电机驱动板体积仅为传统方案的约十分之一，重量大幅减轻。通过将开关频率提升至数百kHz，中科重仪的GaN方案的总开关损耗降低70%以上，电流纹波与转矩脉动显著减少，滤波组件体积缩小3–5倍，为机器人关节模组、无人机动力系统提供更紧凑高效的系统和更高动态响应能力，已搭载至科沃斯、星海图等机器人产品，助力我国工业机器人战略产业升级。

从数据中心到智能终端，从机器人到新能源装备，GaN正加速替代传统硅器件，成为电力电子领域的主流趋势，并开启产业化应用新周期。

在展会现场，中科重仪通过实物展品、缩比模型和场景互动，展示了GaN技术从核心器件到终端应用的转化路径。从手机快充到智能汽车，从AI服务器电源到机器人关节驱动，GaN正加速从实验室走进产业现实，成为提升能源利用效率、推动产业升级的重要技术，也成为推动绿色低碳发展的关键力量，为国家“碳达峰、碳中和”战略目标实现提供重要支撑。

北京科博会是观察首都科技创新成果的重要窗口。中科重仪此次亮相，不仅展现了一家企业在GaN核心装备、外延材料和器件应用等领域的创新突破，也折射出北京加快培育未来产业、发展新质生产力的澎湃动能。

未来，随着产业链协同能力持续增强和应用场景不断拓展，从北京出发的这条GaN产业链，将为“中国智造”走向全球注入新的力量。