当摩尔定律逐步逼近物理极限，通过异质材料融合与三维集成提升系统性能已成为全球半导体产业的重要共识。随着功率电子、射频通信及先进封装技术的快速发展，器件性能提升正日益受到散热能力、可靠性以及多材料集成水平的制约。以 GaN、SiC、Ga₂O₃等为代表的宽禁带和超宽禁带半导体材料虽具备高功率、高频和高温应用优势，但其性能提升正受限于界面热阻过大、结温过高及长期可靠性不足等关键瓶颈。传统高温键合工艺因依赖高温退火，易引入热应力与界面缺陷，难以适用于热膨胀系数差异显著的异质材料体系。发展具备低应力、低热阻特性的常温直接键合技术，已成为突破高功率器件散热极限与可靠性瓶颈的核心路径。其关键价值在于摆脱对高温退火的依赖，实现异质材料在物理极限尺度下的原子级融合，为半导体产业开辟一条以材料创新与架构创新驱动性能提升的新技术路线。

Part.1 面向产业重大转型，布局建设先进键合技术研发中心

国家第三代半导体技术创新中心（苏州）围绕产业链关键共性技术难题，系统布局材料生长、器件工艺、测试分析等核心环节，建成覆盖全产业链的公共研发平台。面向半导体产业由“制程节点驱动”向“材料与架构创新驱动”转型的重大趋势，国创中心（苏州）聚焦高端异质集成与先进封装核心瓶颈，重点布局建设先进键合技术研发中心。

先进键合技术研发中心以常温直接键合技术为核心突破方向，围绕金刚石等多材料异质集成需求，瞄准原子尺度制造这一战略制高点，打通从衬底复合、低热阻界面构建到三维集成的关键技术断点，构建自主可控的键合装备与工艺平台体系。通过完善“材料—工艺—器件—系统”协同创新链条，形成覆盖研发验证与工程放大的公共技术服务闭环。

国创中心（苏州）布局该核心技术的价值不在于技术本身，而在于其强大的产业辐射力。作为平台型技术，能够催生多个新兴支柱型产业，撬动多个万亿级赛道。

• 向上游延伸：重构材料产业。基于键合技术的异质衬底，可以将昂贵的单晶材料与低成本衬底复合，催生出全新的“异质衬底”材料产业，大幅降低高端器件的物料成本。
• 在中游打通：赋能先进制造。它为射频前端（5G/6G）、功率电子（新能源汽车、光伏）、光通信等产业提供了 “性能跃升”的解决方案，推动相关产业向高端化转型。
• 向下游拓展：定义系统集成。为人工智能算力芯片、HBM内存等提供“后摩尔时代”的核心集成手段，直接支撑先进封装和专用算力芯片等新兴产业的崛起。

该布局旨在为我国化合物半导体及先进封装领域探索一条摆脱单纯制程依赖、以材料融合和架构创新实现跨越式发展的战略路径，对于提升产业链自主可控能力、抢占后摩尔时代技术制高点具有重要而不可替代的战略价值。

先进键合技术研发中心 重点目标

1、突破常温直接键合的核心科学与工程问题，系统解决多材料键合中的表面处理、超高真空界面控制、对准精度、界面应力与热阻调控等关键难题，形成稳定、可复制的工艺体系；

2、建设覆盖2–8英寸的常温键合装备与工艺平台，研制具备工程放大能力的超高真空常温键合装备，实现多材料、多尺寸晶圆的兼容验证，为产业化应用提供装备基础；

3、打通“材料—工艺—器件—应用”的技术链条，面向功率器件、射频器件和先进封装需求，推动键合技术从实验室走向工程化和产业化应用。

国家第三代半导体技术创新中心（苏州）

Part.2 装备、工艺、器件全面突破，取得系统性关键进展

金刚石因其超高热导率、优异的电绝缘性和极端环境稳定性，被认为是突破高功率器件散热极限的理想材料。然而，金刚石与主流半导体材料之间存在热膨胀系数差异大、界面缺陷敏感、传统高温键合工艺不可适用等问题，使其在器件层面的工程化应用长期受限。

在此背景下，发展面向金刚石的常温直接键合装备与工艺体系，实现低应力、低热阻、高可靠的异质集成，不仅是突破高功率器件性能瓶颈的关键技术路径，也是推动我国在先进封装、功率器件和高端装备领域实现自主可控的重要支撑，具有显著的产业价值和战略意义。

围绕金刚石常温直接键合，先进键合技术研发中心在装备、工艺和器件层面取得了一系列具有行业标志性的突破性成果：

在装备与平台层面，成功研制出兼容 2–8 英寸晶圆的超高真空常温直接键合装备，系统解决了高一致性表面处理、超高真空环境控制以及高精度对准等关键问题，装备在工艺稳定性、材料兼容性和扩展能力等方面达到国际先进水平，部分指标处于国际领先。

图 4到8英寸超高真空常温键合设备

在工艺与界面层面，围绕国内某企业产品开发需求，突破性实现了4 英寸多晶金刚石与硅、Ga₂O₃ 等多种半导体材料的常温直接键合，键合界面平整度达到纳米级，并构建出耐温高达 1000 ℃ 的高可靠异质界面结构，验证了常温键合在高温器件制造流程中的适用性。

图 4英寸多晶金刚石与硅键合图片

和超音波显微镜图片

在性能验证层面，围绕国内某研究机构需求，成功构建 Ga₂O₃/金刚石异质集成结构，器件测试结果表明，其界面热阻相比传统 Ga₂O₃/Ga₂O₃ 衬底结构降低至 1/20 以下，显著抑制器件表面温升，从器件层面验证了金刚石散热在突破性能与可靠性极限方面的关键作用。

图 （a）Ga₂O₃与金刚石键合样品

(b)键合界面TEM

(c)Ga₂O₃器件在Ga₂O₃,4H-SiC与金刚石衬底上的输出功率–表面温度关系

总体来看，相关成果已从概念验证阶段迈入工程化可用、具备产业放大潜力的行业前沿水平。

上述成果可在多个关键领域形成直接支撑：在高功率与高可靠功率器件方面，适用于GaN、Ga₂O₃、SiC等功率器件，可在电力电子、新能源、轨道交通和航空航天等场景中显著提升器件散热能力与长期可靠性；在射频与微波器件方面，面向高功率射频放大器、雷达与通信器件，能有效解决高频工作条件下的热点和失效问题；在先进封装与异质集成技术方面，可支撑晶圆级异质集成、3D集成及高端散热封装方案，提升系统级集成密度和可靠性；此外，在高端热管理与系统级应用方面，可为面向极端工况的先进散热基板和模块提供关键热管理支撑。

面向未来，先进键合中心将进一步围绕大尺寸、低热阻、高可靠三大方向持续推进技术升级与成果转化：一是持续推动键合装备向更大尺寸和更高一致性演进，加快 6–8 英寸工艺的系统验证，为规模化应用奠定基础；二是深化界面结构与热阻调控机理研究，进一步降低异质界面热阻，拓展金刚石在超高功率器件中的应用边界；三是加强与器件、封装及系统单位的协同创新，推动键合技术在功率电子、射频通信和先进封装中的落地应用，形成可持续的产业化路径。

通过持续技术突破与工程化推进，先进键合中心将逐步建设成为国内领先、国际有影响力的金刚石异质集成与常温键合技术创新高地。

Part.3 锚定“十五五”开好局，聚力打造 产业科技创新高地

近年来，江苏省立足国家重大战略布局，面向全球发展新形势，持续推进建设具有全球影响力的产业科技创新中心、具有国际竞争力的先进制造业基地、具有世界聚合力的双向开放枢纽。经过一以贯彻之的不懈努力，“一中心一基地一枢纽”建设逐渐积厚成势。

国创中心（苏州）通过进一步布局建设先进键合技术研发中心，以“原子级制造”的底层突破，将科技创新的“关键变量”转化为江苏制造业高质量发展的“优质增量”，并为高水平开放合作注入硬核科技内涵。将“原子级制造”这一前沿突破转化为自主可控的核心技术，进而辐射到新能源汽车、6G通信、人工智能算力等多个万亿级赛道，有望实现 “一项核心技术突破，催生一个新兴产业集群，重塑一个产业生态” 的愿景蓝图。

来源：江苏第三代半导体研究院

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