（大公文匯全媒體記者丁一寧、子言、騏觀報道）去年12月，特區政府發表《創新科技發展藍圖》，明確點名要發展「半導體芯片」。創新科技及工業局局長孫東也曾表示，香港本身在微電子和智能芯片研發上有優勢，會根據世界最新發展潮流和趨勢，發展基於氮化鎵（GaN）的新興第三代半導體芯片。他認為，在這方面，「香港和新加坡以及韓國等都是在同一起跑線上競爭。」

那麼，在第三代半導體芯片研究方面，香港已經有哪些落地的研究了嗎？大公文匯全媒體記者帶着問題，採訪了香港理工大學電子及資訊工程學系助理教授（研究）周新宇。

個人簡介：

周新宇（RAP，PhD），美國電子工程師協會高級會員，電子領域知名期刊《IEEE TCAS1》副編輯。

2014年獲香港城市大學電子資訊工程專業碩士學位，2018年獲香港城市大學電氣及電子工程專業博士學位。

2017年，在象徵微波領域最高水準的International Microwave Symposium上取得了高效率功率放大器競賽的冠軍，這也是第一次有來自中國的學生獲得此項榮譽。

美國普林斯頓大學、斯坦福大學博士後，主要研究面向5G無線通信的微電子電路。

2022回流香港，加入香港理工大學繼續從事微電子相關研究。

香港曾是亞洲高科技中心之一

對於自己所研究領域的香港歷史，周博士娓娓道來。在歷史上，香港半導體行業曾有過輝煌的歷史。香港電子業起步比韓國及台灣早。1959年，就有公司在香港成立了首間電子廠。早期，香港的電子工業由組裝晶體管收音機起步，雖然行業主流是生產及裝配電子消費產品，但同時亦生產高科技零件，例如電腦記憶體和線路板。

上世紀80年代，以摩托羅拉為代表的國際級電子巨頭紛紛來香港建廠，成就了香港半導體行業的輝煌。香港當時已成為亞洲的高科技中心之一，並向周邊地區轉移技術。在《百年滄桑，香港的過去、現在和未來》中就有這麼一句話形容香港：「一種新電子產品的製造時間，美國要8個月，日本要5個月，而香港平均不到3個月」。在1990年代，電子業已成為香港第二大工業。1994年，摩托羅拉半導體在香港成功研發「龍珠芯片」（Motorola DragonBall），該芯片曾在個人電子手帳（PDA）微型處理器市場的佔有率高達70%。

第三代半導體芯片將會為我們帶來哪些改變

什麼是第三代半導體芯片？第一代半導體是「硅」（Si），第二代半導體是「砷化鎵」（GaAs），第三代半導體（又稱「寬能隙半導體」，WBG）則是「碳化硅」（SiC）和「氮化鎵」（GaN）。

「能隙」（Energy Gap），代表着「一個能量的差距」，意即讓一個半導體「從絕緣到導電所需的最低能量」。第一、二代半導體的硅與砷化鎵屬於低能隙材料，數值分別為1.12eV和1.43eV，而第三代（寬能隙）半導體的能隙，「碳化硅」SiC和「氮化鎵」GaN分別達到3.2eV、3.4eV，因此當遇到高溫、高壓、高電流時，跟一、二代比起來，第三代半導體不會輕易從絕緣變成導電，特性更穩定，能源轉換也更好。

周博士的研究主要面對基於第三代半導體的集成電路。具體來講，就是用氮化鎵（GaN）芯片技術，來降低無線通信系統的整體能耗。最近，他在傳統Doherty功率放大器架構的基礎上開創性的提出了諧波互射的概念，將氮化鎵晶體管在諧波所產生的能量進一步利用來提升整個射頻發射機的發射效率。這個成果有助於降低5G基站和手機的能耗。

周博士及其所率領的團隊也在專注基於人工智能（AI）算法的集成電路設計，這將極大限度地提高電路設計的生產力。有別於傳統的設計方法，工程師更多的時候是作為一個評估者來檢查人工智能設計出來的電路是否滿足了相應的性能要求。

周博士介紹說，在日常應用中，「第三代半導體也和普通人的生活息息相關」。隨着無線通信可以提供更快的數據傳輸速率，我們的日常生活已經被手機裏各種各樣的視頻和遊戲App所填充。周博士解釋說，當射頻前端發射這些遊戲和視頻數據的時候，會產生巨大的能量消耗，因此在5G無線通信中，能源的消耗問題就變成了一個重大的問題。作為無線通信系統中耗能大戶，功率放大器的能源利用率就成為了迫切需要解決的問題。鑒於第三代半導體普遍具有高能隙和高擊穿電壓的特性，功率放大器可以工作在更加高效節能的模式。這將會讓普通人在使用5G的時候更加的方便和快捷。

第三代半導體的另外一個主要應用是電動車的快速充電上，利用碳化硅（SiC）耐高壓和高功率密度的優勢，未來，電動車的續航里程有機會被大幅度延長，從而在根本上解決續航「里程焦慮」帶來的煩惱。另外一方面，使用高壓充電，可以讓我們的電動車在極短的時間內完成補能，這也在無形中縮小了和燃油車補能方式的差距。

於此同時，利用第三代半導體的寬能隙特性，集成電路可以在更加嚴苛的工作環境中表現出優異的性能，比如說高溫或者低溫領域，這也是未來我們將會去探索的一個領域。

總的來講，第三代半導體技術實質上是對於能源利用率的提升，從而解決人類社會長久以來所遇到能源短缺問題，可以說第三代半導體的發展，促進了社會實現可持續發展。

更重要的是，第三代半導體技術是一項非常有潛力的技術，減少能源損耗、提高無線通信的質量，讓人與人之間的交流和互動更加的密切，研究成果足以造福全人類。

第三代半導體技術的跨學科研究將會帶來更多可能性

隨着我們社會的進步，各行各業都在經歷着巨大的變革。這也給了科研工作者很好的機會去實現跨學科的交叉研究。現階段來說，第三代半導體技術作為一個全新的領域，還有很多的未知領域值得我們去探索。周博士認為，這需要一些時間去摸索和嘗試，然而傳統的研究方式無法快速的達到這一目的，因此這需要和人工智能進行跨學科的研究。利用人工智能的強大算力，去儘可能快地提出新的拓撲和架構來實現更好的電路性能。一個很好的例子就是利用人工智能的算法去設計一系列和物聯網有關的無線或者功率組件。周博士亦表示自己同時也是香港理工大學人工智能物聯網研究院的成員，在未來將會基於第三代半導體技術和人工智能，在物聯網領域做出更多的成果。

另外一個理想的交叉研究是去利用第三代半導體在極端溫度下的優勢去做一些傳統硅基電路無法實現的功能。比如在目前概念較火爆的「量子計算」領域，現有技術下量子計算通常仍然需要在一個超低溫的環境下進行；然而，利用第三代半導體在超低溫下所表現出來的超低噪聲系數，人類可以設計出用於準確探測量子位的低噪聲放大器。

芯片人才以香港作為研究基地是一個好選擇嗎？

談到為何選擇香港作為自己科研的基地，周博士動情地表示，自己曾經在香港生活過八年，對香港有深厚的感情。「當我還是一個學生的時候，香港的老師和同學對於我的學習給與了充分的支持和幫助」。現在，他希望用自己所學，充分地回饋整個香港社會，讓更多有理想、有才華的學生有一個施展抱負的平台。

除了個人的情感因素之外，周博士認為，香港的城市氣質也適合科研工作的開展。他表示，香港是一個非常多元的城市，這裏匯聚了來自世界各地的人才和學者。香港的包容性非常強，而這種包容會鼓勵和促進不同思想和邏輯之間的碰撞，「這對於科研工作至關重要。」

另外，周博士認為，香港獨特的「連接內地、聯通世界」的區位優勢讓這座城市兼具國際視野與本地發展機會，「在香港我們可以和世界任何地方的專家學者就專研領域內的問題進行交流與合作」。同時，香港也是大灣區的一部分，這裏充滿了對於高科技產業各種各樣的機遇和支持。

最後，以發展的角度看，香港政府近年來對於微電子產業的支持力度正逐步加大。「這對於我的研究是非常有利的，我希望可以抓住這個機會，來讓自己的研究可以儘可能多的服務於社會，實現自我價值」，周博士說。