苏联半导体工业

中国早已搞定的半导体技术都让苏-57难产！要不要帮俄罗斯救场？

《军军支线飞机》作者:血刃

▲苏-57

5月9日，俄罗斯卫国战争胜利77周年阅兵，军武军和众多军迷早早就在等待直播。然而令人意外的是空中的广场因为所谓的天气因素取消了，真的让君武君很失望。据外界报道，俄军原计划展示4架苏-57战斗机，这些战斗机此前也曾多次出现在卫国战争的阅兵式上。但老实说，吴均细菌的数量太少了。

▲据说俄罗斯原计划投入4架苏-57参加阅兵。

俄乌战争爆发后，作为俄罗斯空天军的头号王牌，苏-57只参加了一次对地攻击任务，之后再无音讯。就像某部大片里某个偶像明星客串过路人一样。估计俄罗斯大概只有不到20架苏-57，包括原型机！然而歼20与之形成鲜明对比。比如去年建党一百周年庆典上，15架歼20同框出现在北京，这真的是苏-57都赶不上的规模。

▲与苏-57相比，歼20的阵容要广得多。

歼20列装后短时间内部署到中国很多地方的很多部队，在东海和F-35的对抗技术远比在乌克兰和叙利亚的苏-57有价值。目前歼20的产量已经超过了至少一百架。苏-57难以生产，不仅是因为俄罗斯缺乏中国的数字化生产线和3D打印技术，还因为其雷达系统的一个必不可少的电子部件严重不足，这是更大的核心问题。

苏-57的雷达系统是什么样的？有什么问题？

自冷战以来，前苏联的飞机在航电性能上明显不如西方水平，以至于现在俄罗斯战机长期使用技术门槛低的无源相控阵雷达，比如苏-35装备的雪豹-E型号，这大概也是这款飞机在外贸市场遭遇滑铁卢的关键因素。相比之下，在2019年定型的N036有源相控阵雷达的帮助下，苏-57的技术水平自然有了很大的提升。

▲目前，苏-57在乌克兰前线的亮相少之又少。

在君武军看来，苏-57的主要任务之一是保护俄罗斯战略打击武器基地/装备的安全，但也重视航电增强。其两侧和襟翼分别装有两部N036N侧视雷达和N036L机翼雷达。这些雷达都是L波段，以便探测西方隐身战机和低空空目标，也满足远距离敌我识别的需要。而且这架飞机的机头配备了大口径X波段N036大型有源相控阵雷达。

相控阵雷达本身以大量负责发射和接收的T、R单元为核心部件，同时增加了大量辐射单元组成的天线。一般来说，单位面积的T/R组件更多，雷达性能和散热能力更好。而有源相控阵雷达在综合方面，尤其是有效距离和可靠性方面远远优于无源相控阵雷达，但技术要求高。目前只有中国和美国等国家能够大批量自主制造这种雷达。

▲俄罗斯给了苏-57它能提供的最好的雷达。

N036的孔径为700X900mm，配备了1552个T/R晶体管组件。平均和峰值功率分别为2 kW和10 kW，理论最大探测距离为400 km。类似孔径的美国安/APG-77雷达(针对F-22)有1952个T/R模块，孔径明显小得多的安/APG-81雷达(针对F-35)也有1676个T/R模块。吴军知道，这种差距会导致隐身能力严重不足的苏-57在远距离决斗中处于绝对劣势！

▲目前美俄战机的雷达性能差距还在拉大。

2010年以来，我国有源相控阵雷达发展迅速。枭龙使用的外贸KLJ-7A雷达(孔径600 mm)也集成了上千个T/R组件。机头直径更大的J -10C在雷达级别上甚至接近F-35！更不用说歼20雷达了。由于俄罗斯微电子技术落后，有源相控阵雷达的发展受到很大影响。所以俄罗斯的研发时间虽然早于中国，但目前还没有完全投入实践。

▲枭龙系列的有源相控阵雷达不容小觑。

苏-57的性能在同代中明显不行，但却让俄罗斯解决了第一步的问题。N036雷达也是如此，这也让俄罗斯在战斗机有源相控阵雷达领域迈出了第一步。雷达的主要材料是砷化镓，很多家用电器甚至俄军使用的无源相控阵雷达都普遍使用砷化镓。但俄罗斯的高废品率和高价格也制约了其雷达在发展初期的发展。

氮化镓材料的进展如何？在军事领域有什么优势？

既然君君提到了半导体原料，那就有必要详细说说。第一代半导体主要以硅、锗等元素为代表。此时半导体主要解决数据运算、存储等初等问题。第二代半导体以砷化镓和磷化铟为代表，广泛应用于光纤通信和数据传输。F-22使用的安/APG-77雷达的主要材料是砷化镓。

▲氮化镓代表第三代半导体的主要材料。

砷化镓(GaAs)是目前应用最广泛、最成熟、产量最大的化合物半导体材料。用GaAs制作的器件具有频响好、速度快、工作温度高等特点，适合制作高频高速器件和电路。但是用它制作的晶体管放大倍数低，导热性差，不适合大功率器件。另外，砷化镓在高温下会分解。随着战斗机机载雷达的发展，这一弱点越来越突出。

目前氮化镓、碳化硅、硒化锌是第三代半导体产品的主要原料。1989年，美国首次在实验室合成了这种化合物，发现其具有很高的稳定性，并开始将其用于发光二极管。到目前为止，氮化镓已经广泛应用于微波功率晶体管和蓝光发射器件。简而言之，氮化镓在照明、高清显示、5G通信等领域发挥着重要作用。

▲有些雷达用的砷化镓会暴露一些问题。

与砷化镓相比，氮化镓器件提供更高的功率密度，因此可以提供更大的带宽和更大的放大器优势。同时，器件尺寸的减小提高了整体效率，高温下的稳定性优势更加明显。氮化镓材质的雷达信号收发机TR模块的发射功率比砷化镓半导体的强很多。目前一些最好的有源相控阵雷达都采用这种模块。

长期以来，西方在情报、电子领域明显超过俄国，氮化镓半导体材料的应用也是如此，比如F-35的安/APG-81雷达。目前，美国国防部高级计划局、美国国家航空航天局(NASA) [/K0/]和美军各兵种都在迅速将氮化镓作为重要的替代品。比如雷神公司为美国海军研制的AN/SPY-6雷达，就被视为非常成功的产品，准备装备伯克-3系列驱逐舰。

▲美国在氮化镓雷达方面成就斐然。

与之前的AN/SPY-1相比，AN/SPY-6的总功率、灵敏度、最大探测距离和覆盖面积都有了质的飞跃。最重要的是，它探测和跟踪的目标数量也同时大大增加，它可以探测更低截面的目标，以及同时引导更多发射的导弹。此外，诺格公司研制的AN/TPS-80雷达系统日趋成熟，可用于地面和空任务。所以，君吾君认为，美国的遗产一定不能忽视。

▲氮化镓技术在日本舰船的雷达中也是最高级别的。

此外，日本莫也级驱逐舰和最高级别护卫舰配备的雷达也采用氮化镓技术，因此其整体效率势必会大幅提高。瑞典还为其预警机配备了新一代氮化镓有源相控阵雷达，理论上可以探测到主动隐身战斗机。从目前的发展趋势来看，有源相控阵雷达将从2020年代开始在全球普及，氮化镓将从2030年开始全面取代砷化镓。

俄罗斯在氮化镓项目上的落后直接导致了苏-57的难产

据悉，目前俄罗斯连第二代半导体砷化镓都难以实现真正的自产，以至于只能从其他国家进口。然而，君武君发现，苏联早在苏联解体时就开始研究砷化镓半导体，而俄罗斯也建立了多家生产厂进行生产，成为继美国之后第二个掌握砷化镓微光增速管的国家，同时将其用于自己的第三代夜视仪中。所以在砷化镓方面，俄罗斯的问题不算太大。

▲尽管俄罗斯战斗机家族有所突破，但苏-57的不足仍然难以避免。

本世纪初，俄罗斯曾想将甲壳虫系列有源相控阵雷达用于米格-29，但计划没有完成。苏-57使用的N036雷达早在2008年就进行了测试，但受制于诸多不足。所以，即使俄罗斯把自己能力范围内的先进技术全部应用到这种雷达上，也很难改变其落后的性能。为家而战还是惨败，所有军军菌都为俄罗斯感到惋惜。

早在六年前，俄罗斯就表示将开始研发氮化镓基晶体管，并将为此采用世界上最好的科技解决方案。当时的计划是2017年开发实验样品。虽然这方面的技术积累较弱，但俄罗斯很清楚，如果半导体领域的新技术得到完善，将大大提升本国装备的战斗力。所以参与项目的企业，比如俄罗斯的电子公司，也不能说是勤劳的。

▲俄罗斯对氮化镓技术的重要性也有正确的认识。

然而几年过去了，俄罗斯在这方面并没有实质性的发展。2020年夏天，俄方代表甚至表示，用于机载有源相控阵雷达的氮化镓自主生产项目甚至还没有立项，该项目需要从原料生产线开始的一整套技术链。在这方面，中国和美国已经处于绝对领先的地位，而俄罗斯要达到这方面的实用标准显然还需要很长时间。

君君发现，尽管许多俄罗斯机构在几年前就已经表示，他们已经在实验室中成功生产出氮化镓材料和相应的组件，但大量配套制造商的倒闭使俄罗斯在最基本的独立生产线建设能力方面陷入停滞。但是砷化镓材料的价格明显偏高。鉴于俄罗斯的经济条件，完全独立生产注定是痛苦的。这样一来，俄罗斯必然会大量引进半导体原材料。

▲实验室合成显然不代表成熟的量产。

按理说，这么重要的物资依赖他国，存在很大的隐患。更何况俄罗斯80%以上的半导体材料都依赖一些西欧国家和日韩的一些民营企业，而这些国家要么是北约成员国，要么是美国的重要盟友。拜登上台后，恢复了奥巴马对俄罗斯的强硬态度。俄乌战争爆发后，以美国为首的全面制裁力度空前，一些国家的私营企业不得不暂停贸易。

▲毋庸置疑，苏-57难产的问题会随着西方制裁的加剧而扩大。

这样一来，苏-57的雷达部件根本无法保证。吴军觉得，即使此时在纸面上增加苏-57的产能，也只能让阅兵的场面更漂亮。但这些带有空炮弹的战斗机，对实质性提升俄军空天军战力的意义不大。这就好比只要一个合格的小型反应堆一天没修好，中国就很难造出核动力航母，哪怕造船厂的产能早已超过美国。

中国氮化镓技术世界顶尖，可能让Su -57起死回生

吴军发现，中国早年的情况明显比俄罗斯差。但在国外高科技封锁的不利条件下，中国很快意识到氮化镓微波射频器件的重要性。在过去的几年里，西安电子科技大学、中电13所和55所、苏州能讯、国联万中和中兴通讯等科研机构和工业公司都深入参与了这一领域，并做出了巨大贡献。

▲在俄罗斯看似很难搞定的技术，在中国迅速“白菜化”。

2017年11月，InnoSeco(珠海)科技有限公司解决了氮化镓薄膜在高温环境下冷却易开裂的问题，进而成功投产国内首条8英寸硅基氮化镓生产线。2019年，观察者网报道，中电科13所、55所联合开展的新一代射频芯片项目获得“国家科技进步一等奖”。据该报报道，2020年，国产第三代半导体RD团队再次获得国家创新奖。

目前氮化镓技术已经随着手机充电器和移动通信5G基站普及。在军事领域，基于氮化镓技术的T/R阵列全部采用国产材料和设备，多种有源相控阵雷达成为受益者。据中电14所介绍，在2021年即将复刊的珠海航展上，该所展示的YLC-8、YLC-12、SLC-7、YLC-18四部多波段雷达均采用了氮化镓技术。

▲ SMIC等企业功不可没。

氮化镓技术在中国的数字阵列雷达中也得到了广泛应用。据《国防时报》报道，帮助歼20在东海展示实力的空 P 500预警机就是受益者。它采用直接数字合成、数字波束形成和数字收发技术，大大提高了检测精度和可靠性，成本也得到了控制。有评论称，数字阵列雷达相对于有源相控阵雷达的优势，就像有源相控阵雷达相对于无源相控阵雷达一样，也引领着未来雷达的发展方向。

▲珠海航展上亮相的多款中国雷达实现了氮化镓技术。

现在055系列万吨级驱逐舰也有氮化镓器件的数字阵列雷达，威力完全有保障。此外，其雷达天线口径较大，因此探测距离和综合控制水平也有所提高。与伯克-3055级相比，它在覆盖区域和指挥能力上具有优势，因此无论是反[/k0/]还是反导能力都将十分突出，这将线性提高中国航母的安全系数，甚至为中国撑起另一把海基战略反导的保护伞。

▲空 P -500让歼20成功威慑东海强敌。

早在去年关于珠海航展的消息连续发布的时候，君武君就发现了一个令人兴奋的知识点:连YLC-8E这样用于外贸的雷达都已经完全采用氮化镓技术，可见中国早已突破了这种看似高大上的技术，并迅速将其变成了白菜。很多军迷的想法和军旅武侠一样:中国人一定为此感到高兴，今日俄罗斯也应该从此意识到福音。

▲在与法国两栖攻击舰合作项目失败的时候，俄罗斯应该更了解西方。

对于俄罗斯来说，氮化镓还难以自给自足，但西欧、日韩等可能暗中合作的国家开始站到了对立面。但近年来，中俄两国在各方面的合作不断深化。以氮化镓技术为例，无论是技术还是产能，中国都是世界领先的，外贸版氮化镓雷达是“性能不足，可以展示”的产品。所以如果俄罗斯务实的话，苏-57的一个主要原因很可能会很快消除，俄罗斯空天军也会很快受益。

吴军还记得，很多年前，当中国军迷说起一些当时看起来无比高大上的尖端军事技术时，只能和世界杯上站在不同国家的中国球迷一样，心里的苦涩自不必说。以至于中国可能从俄罗斯购买一些先进的武器或技术，这将成为军事期刊的话题。现在风水轮流转，谁会想到中国技术有这样的影响力？

苏-57作为俄罗斯近年来为数不多的高性能新型常规武器，处于这样的境地实在是尴尬。中国应该居安思危:关键核心技术应该始终掌握在自己手中。每一项看似不起眼的技术，都是一座小小的金字塔；而无数这样的小金字塔，是这样的大金字塔作为尖端武器的基石。因此，中国需要以绝对的严肃态度致力于基础技术的不断升级。