Jak szanghajski Lingang przygotowuje komercjalizację półprzewodników czwartej generacji?

Szanghajski Lingang przyjął wobec półprzewodników czwartej generacji strategię „najpierw zbudować fundamenty, a potem czekać na dojrzałość rynku”. W marcu 2024 roku Szanghaj uznał tę dziedzinę za jeden z priorytetów rozwoju przemysłów przyszłości. W maju 2025 roku w Lingang uruchomiono pierwszy w Chinach klaster przemysłu przyszłości poświęcony półprzewodnikom czwartej generacji, a w lipcu 2026 roku opublikowano pierwszy dedykowany plan jego budowy. Do 2028 roku władze chcą przyciągnąć co najmniej 50 powiązanych przedsiębiorstw i doprowadzić do przekroczenia 5 mld juanów skali przemysłu.18

Nie jest to deklaracja, że w najbliższych latach tlenek galu czy inne nowe materiały zastąpią obecne rozwiązania w masowej produkcji. To raczej etap inwestycji, obserwacji i walidacji inżynieryjnej, który ma zmniejszyć dystans między laboratorium a rynkiem, zanim popyt rzeczywiście się pojawi.7

Trzy etapy budowy klastra

Plan Lingang rozwija się w trzech wyraźnych krokach:

• Marzec 2024 roku — decyzja strategiczna. Szanghaj jako jeden z pierwszych ośrodków w Chinach włączył półprzewodniki czwartej generacji do priorytetów rozwoju przemysłów przyszłości i rozpoczął planowanie całego łańcucha: od materiałów, przez urządzenia i procesy, po zastosowania.28
• Maj 2025 roku — powstanie klastra. W Lingang uruchomiono pierwszy w kraju klaster przemysłu przyszłości skoncentrowany na tej technologii, przekładając ogólny kierunek polityki na konkretną przestrzeń dla firm i laboratoriów.811
• Lipiec 2026 roku — plan działania. Dokument „Plan działania na rzecz budowy klastra przemysłu przyszłości półprzewodników czwartej generacji na lata 2026–2028” wyznaczył cele dotyczące liczby przedsiębiorstw i wartości przemysłu. Zakłada też pełny łańcuch rozwoju: od badań podstawowych i prac nad technologią, przez walidację koncepcji oraz pilotażową produkcję, po demonstracje zastosowań i komercjalizację na większą skalę.116

W planie wyróżniono dwie główne ścieżki technologiczne. Pierwsza obejmuje półprzewodniki o bardzo szerokiej przerwie energetycznej, takie jak tlenek galu (Ga₂O₃), diament i azotek glinu (AlN). Druga dotyczy półprzewodników o bardzo wąskiej przerwie energetycznej, reprezentowanych między innymi przez antymonidek indu (InSb) i antymonidek galu (GaSb). Materiały te mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w energetyce wysokiego napięcia, komunikacji radiowej i mikrofalowej, optoelektronice głębokiego ultrafioletu, detekcji podczerwieni, czujnikach kwantowych oraz elektronice pracującej w ekstremalnych warunkach.1

Według dostępnych doniesień w Lingang działa już ponad dziesięć firm zajmujących się odpowiednimi materiałami i urządzeniami. Ich działalność obejmuje tlenek galu, diament, azotek glinu i związki antymonu, a liczba tych przedsiębiorstw stanowi ponad połowę podobnych firm działających w całym Szanghaju.26

Dlaczego inwestować, zanim pojawi się rynek?

Lingang próbuje wykorzystać tak zwane okno czasowe w wyścigu technologicznym. Nowa generacja półprzewodników nie powstaje wyłącznie dzięki opracowaniu lepszego materiału. Równocześnie trzeba rozwijać projektowanie urządzeń, procesy produkcyjne, aparaturę, łańcuch dostaw i zastosowania końcowe. Jeśli wszystkie te elementy zacznie się budować dopiero wtedy, gdy popyt stanie się oczywisty, można stracić kilka lat potrzebnych na uzyskanie przewagi.2

W przypadku tlenku galu pierwszy publicznie opisany rezultat dotyczący urządzenia pojawił się dopiero w 2012 roku. Przedstawiciel szanghajskich władz odpowiedzialnych za naukę i technologię ocenił, że jeśli rozwój tej dziedziny będzie przypominał drogę półprzewodników trzeciej generacji, praktyczne zastosowania mogą pojawić się dopiero po 2040 roku.7

Dlatego obecne działania Lingang należy rozumieć jako tworzenie etapu pośredniego: nie pełnej komercjalizacji, ale systematycznego sprawdzania, które materiały i konstrukcje mają szansę przejść z badań do produkcji. Do 2028 roku sukcesem nie musi być masowa sprzedaż układów z tlenku galu. Ważniejsze mogą okazać się liczba firm, działające linie pilotażowe, próbki materiałów i urządzeń, demonstracje zastosowań oraz relacje z inwestorami i klientami.17

Tlenek galu: wysokie napięcia i potencjalnie niższe koszty

Tlenek galu jest jednym z najważniejszych kierunków w segmencie półprzewodników o bardzo szerokiej przerwie energetycznej. Firmy działające w Lingang widzą dla niego miejsce w urządzeniach średniego, wysokiego i bardzo wysokiego napięcia. W zastosowaniach takich jak samochody elektryczne czy sieci ultrawysokiego napięcia krzem węglikowy — jeden z kluczowych materiałów trzeciej generacji — może napotykać ograniczenia przy jeszcze wyższych napięciach. Tlenek galu ma potencjalnie lepiej odpowiadać takim wymaganiom.49

Drugim argumentem jest koszt wytwarzania. Tlenek galu można otrzymywać z wykorzystaniem metod ciekłofazowych lub związanych ze wzrostem z roztopu. W porównaniu z bardziej wymagającymi metodami gazowymi stosowanymi w przypadku węglika krzemu może to po osiągnięciu odpowiedniej skali stworzyć możliwość obniżki kosztów o całe rzędy wielkości.753

Trzeba jednak wyraźnie zaznaczyć, że jest to przewidywana korzyść technologiczna, a nie potwierdzona już przewaga cenowa w produkcji masowej. O tempie komercjalizacji zdecydują między innymi jakość kryształów, kontrola defektów, technologie epitaksji, niezawodność urządzeń, wydajność produkcji i uzyski produkcyjne.

Potencjalne zastosowania nie ograniczają się do elektroniki mocy. W przyszłych systemach komunikacji wysokich częstotliwości obecne materiały mogą zbliżać się do granic swoich właściwości fizycznych. To może skłonić producentów systemów do poszukiwania nowych materiałów i architektur filtrów.7 Diament, azotek glinu i związki antymonu są z kolei wiązane z takimi obszarami jak odprowadzanie ciepła przy dużych mocach, częstotliwości radiowe, głęboki ultrafiolet i podczerwień. Nie oznacza to jednak, że wszystkie te materiały znajdują się na tym samym etapie dojrzałości ani że podążają identyczną drogą do produkcji masowej.

Rola inkubatora Sinan: od publikacji do prototypu

Jednym z najważniejszych elementów ekosystemu Lingang nie jest pojedyncze laboratorium, lecz sieć łącząca naukę, walidację, produkcję i kapitał. Sinan Semiconductor Super Incubator koncentruje się na układach dla motoryzacji oraz półprzewodnikach o szerokiej przerwie energetycznej. Jego model łączy pozyskiwanie innowacyjnych projektów, specjalistyczne usługi, zasoby parku przemysłowego, inkubację powiązaną z inwestycjami oraz zachęty do dalszego finansowania.3637

Utworzone przy inkubatorze centrum walidacji koncepcji dla półprzewodników o bardzo szerokiej przerwie energetycznej obejmuje przygotowanie zaawansowanych materiałów, projektowanie urządzeń, weryfikację procesów produkcyjnych, testy oraz ocenę potencjału rynkowego.37 Chodzi o to, aby projekt zespołu uniwersyteckiego lub instytutu oceniać jednocześnie pod kątem wykonalności technicznej i szans biznesowych.

W praktyce zmienia to tradycyjny kierunek transferu technologii. Zespół badawczy nie musi czekać, aż rozwiązanie będzie w pełni dojrzałe, by dopiero wtedy szukać klienta. Potrzeby przemysłu mogą zostać uwzględnione już na etapie projektowania urządzenia i weryfikacji procesu. Kolejne kroki to walidacja próbki, ustalenie ścieżki produkcji pilotażowej, testy aplikacyjne i ocena możliwości stworzenia produktu.537

Model ten obejmuje także wczesny kapitał. W ramach mechanizmu określanego jako „zamiana dotacji na inwestycję” część wsparcia publicznego może przyjąć formę bliższą finansowaniu udziałowemu. W 2025 roku podpisano umowy dotyczące pierwszych ośmiu projektów pilotażowych.33 Dostępne informacje mówią również o funduszu aniołów biznesu Lingang Qihang o wartości 500 mln juanów, przeznaczonym dla firm zalążkowych i młodych przedsiębiorstw technologicznych rozwijających się w Lingang. Nie ma jednak podstaw, by twierdzić, że fundusz inwestuje wyłącznie w półprzewodniki czwartej generacji.33

Przykład projektu rozwijanego przez inkubator pokazuje, jak działa połączenie inkubacji z rzeczywistym zastosowaniem. Firma Xinjing Yuneng, założona przez zespół Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju, otrzymała wsparcie w zakresie kontaktów kapitałowych, laboratoriów o podwyższonym standardzie czystości, budowy linii pilotażowej, dostawców urządzeń i dostępu do środowiska przemysłowego. Wspólnie z walcownią gorącą Baosteel prowadziła weryfikację technologii odzysku ciepła przemysłowego.22

To przykład organizacji transferu technologii w Lingang, ale sam projekt dotyczy mikroelektromechanicznego układu termoelektrycznego, a nie bezpośrednio półprzewodników czwartej generacji. Nie można więc traktować go jako dowodu, że ta cała dziedzina osiągnęła już komercjalizację.

Co naprawdę będzie testem w 2028 roku?

Najważniejszym celem Lingang nie jest udowodnienie w ciągu dwóch lat, że wszystkie półprzewodniki czwartej generacji można produkować masowo. Chodzi raczej o stworzenie wystarczająco gęstego ekosystemu materiałów, urządzeń, procesów, wyposażenia i zastosowań.

Jeśli do 2028 roku uda się zgromadzić ponad 50 firm, uruchomić publiczne zaplecze badawcze i pilotażowe, przeprowadzić kolejne demonstracje zastosowań oraz zapewnić ciągłość finansowania, Lingang może szybciej przejść do komercjalizacji wtedy, gdy konkretne materiały przekroczą bariery wydajności i kosztu.15

Zaletą tej strategii jest zamiana czasu oczekiwania na dojrzałość rynku w czas budowania kompetencji inżynieryjnych i relacji przemysłowych. Ryzyko pozostaje jednak znaczne: cykl rozwoju technologii może trwać dłużej niż cykl politycznych programów, a część materiałów może przez lata pozostać na poziomie badań laboratoryjnych lub ograniczonej produkcji testowej.

Dla Lingang najważniejsze będzie więc nie przedwczesne ogłaszanie sukcesu, lecz konsekwentne odrzucanie nieperspektywicznych ścieżek na podstawie rzeczywistych testów, produkcji próbnej i wymagań klientów. Dopiero wtedy najbardziej obiecujące projekty będą mogły przekształcić się w powtarzalne produkty.