中国研究人员发现了有前途的半导体材料氮化镓（GaN）缺陷的根本原因。这种材料对于开发先进的电子科技类产品，特别是用于军事应用的电子科技类产品至关重要。
由北京大学黄兵教授和他的团队领导的研究小组确定了氮化镓晶体生长缺陷的根本原因。GaN制造通常使用硅和蓝宝石等衬底来支持生长。
他们发现这样的一个问题源于位错缺陷，它破坏了晶体结构，导致泄漏和性能降低。研究小组发现这些缺陷是因为氮化镓具有六方原子结构，这使得它不同于硅的立方结构。
这与硅缺陷不同，硅缺陷通常是由滑动（沿平面运动）引起的，工业已经学会了控制。另一方面，氮化镓缺陷主要是由于爬升（局部原子数量的变化），到目前为止，人们对这一过程知之甚少。
氮化镓是第三代半导体材料，通常用于5G基站、雷达、军事通信、航空航天和电子战。由于它能够在更高的电压、频率和温度下工作，因此在特定应用中比硅更好。
目前，世界主要大国，如美国，在先进芯片上严重依赖氮化镓。这使得它在持续的美中科技竞争中具备极其重大的战略意义。
中国控制着全球约98%的镓产量，最近禁止向美国出口。这推高了氮化镓半导体的成本，使美国（尤其是五角大楼）更难获得负担得起的芯片。
美国地质调查局（USGS）警告说，经济影响将是巨大的，影响到依赖GaN芯片的行业。
该团队的发现要归功于扫描透射电子显微镜（STEM）的巧妙使用。利用这项技术，他们首次观察到原子尺度的位错。
他们发现“调整费米能级”（调整电子的能级）能控制爬升过程并减少缺陷。这个“费米能级”可以比作电子世界的“水位”。
它标志着电子可具有的最高稳定能量。它决定了半导体是否导电以及导电的难易程度。通过引入特定杂质和增加栅极电压，它们最大限度地减少了GaN制造中的位错。
北京计算科学研究中心的黄兵教授表示：“避免缺陷的传统策略包括使用不相同的基材和调整结晶温度，但这一些方法只解决了症状，而不是原因。”
如果中国能够完善低成本、高质量的氮化镓制造，可能会扩大半导体价格差距，使中国芯片更具竞争力。由于美国依赖氮化镓用于军事用途，这些发展可能会增加中国在电子和国防方面的战略优势。
如果有关研究结果的报道是准确的，那么它标志着GaN基半导体在提高效率和减少相关成本方面迈出了重要一步。如果中国能够大规模生产高质量的GaN芯片，它可能会增加其在半导体技术方面的领头羊，特别是在军事和5G应用方面。
