日本高科技的冰山一角

1、其它方面不說，單單材料科技人類材料學(xué)的最高技術(shù)標(biāo)桿——日本材料學(xué)的水平極大程度決定一個(gè)國家的最高新科技的水平。好的裝甲需要好材料，導(dǎo)彈的外殼需要好材料，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片需要更優(yōu)異的材料，最高精尖的軍用雷達(dá)半導(dǎo)體元器件也需要更好的材料。而在材料方面，日本已經(jīng)甩開了第二名美國極大的身位，剩下的俄羅斯中國之類已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不在一個(gè)檔次，這里以人類的最高精尖的三種材料技術(shù)——制作洲際彈道導(dǎo)彈噴管和殼體以及飛機(jī)骨架的高強(qiáng)度碳纖維材料；制作最高性能主動(dòng)相控

2、陣軍用雷達(dá)的寬禁帶半導(dǎo)體收發(fā)組件材料；制作最新式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的高性能單晶葉片。三種頂級(jí)科技說明日本遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他地球國家的最頂級(jí)科技。1首先是最新式的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的五代單晶材料。因?yàn)闇u輪葉片工作環(huán)境極為惡劣，并且要在極度高溫高壓下保持?jǐn)?shù)萬轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速，所以對(duì)于高溫高壓下的抗蠕變性能的要求是非常高的。這個(gè)目前科技最好的解決方法就是讓晶體約束朝一個(gè)方向伸展，使其材料相比于常規(guī)材料來說無晶界，這可以大大提升高溫高壓下的強(qiáng)度和抗蠕變性能。

3、目前人類科技的單晶材料共有五代。我們可以發(fā)現(xiàn)，越到后面一代，已經(jīng)沒有美國和英國的影子了，老毛子那更是不知道甩到猴年馬月去了。如果說四代單晶還有法國作為西方的希望苦苦支撐的話，那么第五代單晶就是東瀛的獨(dú)舞——人類最頂級(jí)的單晶材料，就是日本的第五代單晶TMS162192，日本是目前世界上唯一一個(gè)能制造第五代單晶材料的國家。有些人可能不知道這意味著什么，我們貼出美國F22和F35使用的F119135發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片材料CMSX10三代高性能單

4、晶作為對(duì)比。我們可以看到，三代單晶的典型代表CMSX10的抗蠕變性能如下：1100度，137Mpa，220小時(shí)。這是西方的頂級(jí)水平了。日本的第五代TMS162呢？同樣條件，壽命高達(dá)959小時(shí)，接近1000小時(shí)壽命，相比于美國材料壽命足足達(dá)到4倍有余。事實(shí)上，在這個(gè)偉大的技術(shù)革新面前，傳統(tǒng)的材料學(xué)和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的歐洲頂尖水平公司RR已經(jīng)選擇了屈服。英國羅羅大批進(jìn)口日本的單晶材料用于制造自己的Trent系列發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢钥吹?，中國的T800級(jí)別

5、的碳纖維也只能在實(shí)驗(yàn)室里生產(chǎn)。而日本的遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于T800的T1000碳纖維已經(jīng)走入了市場(chǎng)大量制造了。事實(shí)上，T1000只是東麗80年代的制造水平?？梢娒廊赵谔祭w維領(lǐng)域領(lǐng)先其他國家20年以上。3再看看雷達(dá)。大家知道，主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)的最關(guān)鍵技術(shù)就在于一個(gè)個(gè)TR收發(fā)組件。事實(shí)上，AESA雷達(dá)就是數(shù)千個(gè)收發(fā)組件單元組建成一臺(tái)整的雷達(dá)。而TR組件就是由少則一個(gè)，多則4個(gè)MMIC半導(dǎo)體晶片材料封裝而成。這個(gè)芯片是將雷達(dá)的電磁波收發(fā)組件集成起來的一個(gè)微

6、型電路，既負(fù)責(zé)電磁波的發(fā)出，也負(fù)責(zé)接收。而這個(gè)芯片就是在整個(gè)半導(dǎo)體晶元上蝕刻出電路來的。所以，這個(gè)半導(dǎo)體晶圓的晶體生長(zhǎng)是整個(gè)AESA雷達(dá)最關(guān)鍵的技術(shù)部分。這就是F35的諾斯羅普.格魯曼公司的APG81雷達(dá)的MMIC芯片，APG81雷達(dá)由數(shù)千個(gè)一模一樣的這樣的MMIC芯片組成。這個(gè)芯片是以GaAs為基體蝕刻構(gòu)筑的。但是事實(shí)上，GaAs材料因?yàn)槠浣麕н^窄，其擊穿電壓過低，其發(fā)射功率是上不去的。所以，迫切需要新一代寬禁帶的半導(dǎo)體材料。而這個(gè)材

7、料目前已經(jīng)找到了，就是GaN材料。而GaN材料的晶體生長(zhǎng)是非常困難的，目前也是東瀛率先攻克了GaN薄膜的大規(guī)模制造工藝。1994年日本日亞化工突破了GaN材料成核生長(zhǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，不久P型GaN采用退火技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，隨后GaNled研制成功。近幾年，通過外延技術(shù)的提升，GaNLED的內(nèi)量子效率大大提升，結(jié)合粗化、倒裝、PSS襯底等提高光輸出效率的技術(shù)，GaN基LED已廣泛應(yīng)用于全彩顯示、交通信號(hào)燈、汽車燈具、液晶背光、室內(nèi)照明和路燈照明等

8、領(lǐng)域，半導(dǎo)體照明已經(jīng)日臻成熟，走進(jìn)千家萬戶。目前，絕大部分GaN基LED均采用價(jià)格相對(duì)低廉的藍(lán)寶石為襯底材料制備。然而，藍(lán)寶石襯底與GaN材料有高達(dá)17%的晶格失配度，如此大的晶格失配造成了很高的位錯(cuò)密度，導(dǎo)致GaNLED中的非輻射復(fù)合中心增多，限制了其內(nèi)量子效率的進(jìn)一步提升。SiC襯底與GaN材料的晶格適配度只有3%，遠(yuǎn)小于藍(lán)寶石襯底與GaN材料間的晶格適配度，因此在SiC襯底上外延生長(zhǎng)的GaN材料的位錯(cuò)密度會(huì)更少，晶體質(zhì)量會(huì)更高，同