全球IGBT市场供需失衡，对我国半导体产业、汽车工业影响巨大。在面临困难的同时，本土IGBT企业同样迎来了强势崛起的机遇，大幅提升IGBT国产化率成为可能。

世界功率器件市场规模220亿美元，国内市场占一半以上。但90%依赖进口，特别是高端芯片。”李思敏感慨，九十年代那会儿，国产与国际先进水平的半导体器件仍然有很大差距。

上世纪80年代，中国半导体器件从第一代电子管向第二代晶体管的过渡，而世界已经进入现代电力电子器件时代，IGBT即将成为主流。

直到九十年代，中国的第一支高压IGBT才诞生，这款芯片由功率半导体器件专家黄勤设计，李思敏负责工艺制作。

半导体行业按照产品分为两大类，一类相当于人类的大脑神经，这就是目前闹供应荒的紧缺的集成电路芯片（Integrated Circuit Chip）；另一类相当于人的四肢，被称为功率半导体器件（Power Semiconductor Device），中高端产品同样高度依赖进口。

IGBT，绝缘栅极双极型晶体管，小到电焊机、电磁炉，中到新能源汽车充电桩，大到轨道交通、电网、航空航天、风电风机运转的“CPU”都是它，应用场景广泛。

在半导体芯片这样的重要技术元件上，越是依赖进口，就越是容易被进口国家“卡脖子”。

2020年，中美关系陷入紧张，美方宣布对部分中国企业进行制裁，严密监控对中国的芯片出口，一场没有硝烟的战争就此拉开。而随着疫情到来，全球陷入芯片短缺危机，加快了中国功率芯片研究的步伐。

半导体芯片技术是几乎所有现代技术的基础，高铁、轨道交通、风电、电网、船舶、军工、大型设备等国家支柱行业都离不开功率芯片。

然而设计制造一款新型芯片，动辄耗费千万、耗时数年。

主要难在架构设计、制造工艺、研发周期上：设计一款芯片，科研人员要芯片“规范”，定义诸如指令集、功能、输入输出管脚、性能与功耗等关键信息，将电路划分成多个小模块，清晰地描述出对每个模块的要求。然后由“前端”设计人员根据每个模块功能设计出“电路”，运用计算机语言建立模型并验证其功能准确无误。“后端”设计人员则要根据电路设计出“版图”，将数以亿计的电路按其连接关系，有规律地翻印到一个硅片上。至此，芯片设计才算完成。如此复杂的设计，不能有任何缺陷，否则无法修补，必须从头再来。

制造工艺复杂。一条芯片制造生产线大约涉及50多个行业，一般要经过2000至5000道工艺流程。

投入大、研制周期长。一款复杂芯片，从研发到量产，要投入大量人力、物力和财力，时间至少要3至5年，甚至更长。IC是如此，功率芯片也是如此。

研发一款新芯片需要研发团队、资金、产业链相互配合，其中研发者对新技术路线的判断与坚持尤为重要。

“在半导体的路上，没有捷径，我们只能去走最艰苦的道路。现在做最难的事才能让以后变得容易。”李思敏的女儿李连宇告诉小饭桌。

李思敏是中国第一个高压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的参与制造者，创立了半导体公司优捷敏，先后研发了GAT管、GATH管，获得10多项中国专利。如今李思敏已82岁，依旧在技术研发上孜孜不倦：他新开发出的取代MOS管的逆导型联栅晶体管（RCGAT），已进入流水线制造阶段。

1、82岁的李思敏与他的芯片梦

李思敏的芯片梦植根于青少年时期。1956年，16岁的李思敏考上了北京大学物理系，学习半导体物理；大学时，李思敏曾和同学们目睹前苏联的人造卫星飞过头顶，在那个技术匮乏、工业基础薄弱的年代，这群青年人在心中默默地埋下了科技报国的种子。为着这颗种子，李思敏付出了半生的时间。

大学毕业后，李思敏被分配到了北京市无线电器件研究所。1983年，参加了与清华大学微电子所联合攻关的8085微处理器的工作。他的经历覆盖了半导体行业多个产品领域。

上世纪80年代初，全世界的第三代半导体功率器件研究正如火朝天。以金属—氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为主的第三代功率器件兴起，彼时的中国，正处于百废待兴的改革开放浪潮之中，半导体器件还在从第一代电子管向第二代晶体管过渡。

而当时，IGBT的核心技术和产业为大多数欧美、日本半导体厂商所掌控，全世界的IGBT芯片的进口都仰赖于此，中国也不例外。

那时期，中国开始实施“八五”国家重点科技项目（攻关）计划，在电力电子器件及应用方面力争突破，改变在电子技术发展上受制于人的状况。

半导体器件专家黄勤通过朋友介绍，认识了时任北京半导体器件研究所高技术实验室副主任的李思敏。1987年，由黄勤设计，李思敏负责工艺制作，二人合作研发出了中国第一支高压IGBT，打破了国际上的垄断。

1988年，北京市电子振兴领导小组办公室举行了一场头脑风暴，集齐半导体业界最优秀的人才，每半个月召开一次中国电力电子研讨会。在这场汇集了全中国最优秀、最有天赋的半导体研究人才盛会上，李思敏接受了来自国内外的先进的半导体研究思路。这场学术之旅，为他后续自主创新GAT、GATH管埋下了种子。

1994年，李思敏被派到美国学习最新的半导体器件沟槽型IGBT全套技术，为回国后的研究工作打下基础。回国后，正当李思敏准备将学成技术大展身手之时，却遇上了90年代的银行改制。原来合作的银行不再投资李思敏所在公司的电子电力研究项目，李思敏的研究之路中断。

1996年，为了提升国产IGBT的性能，使之能够以较低成本和高适配性快速推向市场，李思敏开始对现有的IGBT结构进行优化，进而创新了另一种架构——联栅功率管，发明了一种特殊的细微元胞（——10微米）的GAT（联栅晶体管）。相较于IGBT，GAT管的优势在于发热低、能效高，安全工作区大。

在1996年到2012年之间，李思敏和北京山贝公司、深圳盛元半导体公司合作，卖出上亿只GAT管。

2012年，李思敏成立优捷敏公司，一心埋头钻研做技术，希望能够突破限制，让中国企业能够放心使用国产半导体芯片。在李思敏的女儿李连宇为父亲的芯片梦奔走寻求融资时，投资人的一句话，让他们醍醐灌顶，从而开启了转型之路：“产品这么好的特性，高压大电流也是咱们国家急需的，节能灯不需要这么好的特性，你这个技术为什么不做高压大电流？”李连宇说。

李思敏自此开始研究高压大电流产品。在前期GAT管技术已经非常成熟的前提下，很快，李思敏就在2018年推出了GATH（联栅晶闸管Gate Associated THyristor）。GATH突破了IGBT的最高电流密度，具有耐高温、高功率、鲁棒性更强、低成本等优势，适用于柔性直流输电、轨道交通、风电等高压高电流场景，它在高压大电流的条件下耐用性更长，这也正是中国芯片行业亟待解决的问题。

“公开资料表明，IGBT的最高电流密度是800A/cm2，实验数据表明1200V相同规格的 GATH的电流密度已经达到25000A/C㎡ 。这说明GATH的抗电流冲击能力较强，就好比防洪堤，IGBT是一层楼，GATH抗电流浪涌的防洪堤高十层楼。所以，GATH的鲁棒性远远强于IGBT。”李思敏描述。

既然成本更低、耐用性更强，为何技术在国内迟迟得不到应用推广？

“我们做的是基础创新。一个产业，还需要协同创新和系统创新。我们只有做芯片的能力。”李思敏说，芯片研发出来之后，还要封装模块、开发驱动线路，制作成整机，检测鉴定，然后进行市场推广。

“这是一个很大很复杂的生态系统。我们是无能为力的。”李思敏说。

柔性直流输电、高铁、风电等大项目的系统集成，非个人一己之力能为。“从电压型再换回电流型，线路和系统的整机测试，需要大公司或者国家支持才能做。”曾经赴美学习的李思敏感触很深，美国的产业链协同创新和系统创新已经配合很成熟，而国内缺乏这种协同创新。

目前GATH产品最高耐压已经做到1700V 400A，李思敏也因此先后获得10多项中国发明专利，正在申请国际发明专利。而李思敏认为，如果有资金支持，很容易做出来3300V 、6500V 、甚至8000V 200A（8吋线） GATH产品。李思敏认为，GATH将在柔性直流输电和特高压领域发挥重要作用。

西电东送，实现风电、光伏、整个可再生能源在全国范围内的配置，预计“十四五”期间直流输电工程总投资规模接近4000亿元，其中功率半导体（IGBT、晶闸管）投资450亿元。柔性直流输电在新型电力系统建设中是结构性机会。

柔性直流输电的发展对功率器件提出新的要求：更高电压、更大电流、更低损耗及更高结温。目前,IGBT很难满足柔直的需要。主要是IGBT受结构天花板闩锁的局限，越是高压大电流、高温，IGBT约容易因闩锁引起过流失效。因此，IGBT很难做更大功率规格芯片，IGBT模块功率容量难以再提高。由于闩锁，高压大电流应用IGBT的抗雪崩能力也较脆弱。目前柔直应用4500V/3000A IGBT模块，串并联几百个IGBT模块，损耗大、控制复杂、成本昂贵。为了控制IGBT因闩锁导致的过流失效，采用的故障支路，系统控制复杂，维修成本较高，使得目前柔性直流输电的成本是直流输电的1.5倍。因此，IGBT闩锁的天花板，制约了柔性直流输电的发展。

GATH是一种先进的IGCT，具有晶闸管的高压大电流、高可靠、低成本的优点，又加上联栅结构，把重复单元缩小，突破了IGCT因元胞大，di/dt dv/dt局限，驱动功耗为IGCT 1/10，驱动比IGCT简单得多。

以张北柔直工程为例，如果采用8000V/ 6000A 压接式GATH模块代替4500V /3000A压接式IGBT，可以使柔直电网的电压输出增加一倍，从±500KV增加到±1000KV，柔直电网的额定输出能力450万千瓦能够增大3倍，达到1800万千瓦。并且故障率将大幅度下降，预计降低1-2个数量级。GATH满足柔性直流输电对功率器件高压大功率、抗雪崩能力强、更高结温和更低损耗的要求，将促进柔性直流输电的更快发展。

2、GATH上市量产难 创始人两度卖房

优捷敏整个团队只有3位成员，创始人李思敏如今82岁，对技术初心不改。CEO是创始人的女儿李连宇，经历过资金链断裂、与合作企业分裂，为技术研发父女二人两度卖房。在40平方米的小屋里，李思敏打造出了自主研发的国产高压大电流半导体器件。

李思敏的女儿李连宇曾是一位大学老师，生活在校园环境的舒适圈里。她曾见到合作企业代表为了买下父亲的技术，反复上门商讨股权合作，最终以父亲坚持自我而告终的失败结局；也曾经历过父亲为了支撑研究，两度卖房的困难时刻，这些经历让她更加坚定，一定要把父亲的半导体技术传承下去。

2012年，李思敏成立优捷敏半导体技术公司，三年后技术成熟，准备推上市场。当时李连宇的弟弟辞了职，一心为父亲跑市场，李连宇和先生商量，把他们自己的房子卖了，给父亲做启动资金。2015年开始，李连宇也从大学校园辞职，开始全职帮父亲跑市场。

世界功率器件市场规模180亿美元，国内市场占一半以上。“但90%依赖进口，特别是高端芯片。”李思敏叹道。

李思敏反复提及高端芯片的应用领域：高铁、轨道交通、风电、电网、船舶、军工、大型设备等。这些行业是支撑工业强国的柱石行业。

没人知道GATH的命运将如何。

如果足够幸运，GATH有可能像《上帝会掷骰子吗》里提到的光的波粒二象两派之争，粒子派最后抬头，才有了量子力学出头之日，才有爱因斯坦和相对论的出世，物理学才从牛顿力学的宫殿中奔涌而出，向未知神秘的未来再进一步。

GATH整机试验前景不明，李思敏也没有闲着。他新开发出了取代MOS管的逆导型联栅晶体管（RCGAT），已进入流水线制造阶段，今年年底将面世。RCGAT是新能源电动车充电桩的核心零部件，可解决快充问题。

“国内尚未有真正30kw以上的快充功率器件。”李思敏说，珠三角一些制造商已经找上门来等流片了。

“最难的不是技术，技术的变革没那么复杂。最难改变的是观念。”李思敏指指头。

来源：小饭桌新媒体，新周刊，览富财经网