7月31日，國內(nèi)首個《第三代半導(dǎo)體電力電子技術(shù)路線圖》正式發(fā)布。該路線圖是由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟組織國內(nèi)外眾多大學(xué)、科研院所、優(yōu)勢企業(yè)的知名院士、學(xué)者和專家，歷時1年多共同編寫而成。

據(jù)悉，《第三代半導(dǎo)體電力電子技術(shù)路線圖》圍繞電力電子方向，主要從襯底/外延/器件、封裝/模塊、SiC應(yīng)用、GaN應(yīng)用等四個方面展開論述，提出了中國發(fā)展第三代半導(dǎo)體電力電子技術(shù)的路徑建議和對未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的預(yù)測。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入第三個階段

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今經(jīng)歷了三個階段，第一代半導(dǎo)體材料以硅（Si）為代表，以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導(dǎo)體材料和以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）等寬禁帶為代表的第三代半導(dǎo)體材料。相較前兩代產(chǎn)品，第三代半導(dǎo)體的性能優(yōu)勢非常顯著且受到業(yè)內(nèi)廣泛好評。

以GaN、SiC為代表的第三代半導(dǎo)體材料最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠適應(yīng)高壓，高頻和高溫的極端環(huán)境，性能大幅提升。由于SiC和GaN的禁帶寬度遠(yuǎn)大于Si和GaAs，相應(yīng)的本征載流子濃度小于Si和GaAs，寬禁帶半導(dǎo)體的最高工作溫度要高于第一、第二代半導(dǎo)體材料。擊穿場強(qiáng)和飽和熱導(dǎo)率也遠(yuǎn)大于Si和GaAs。因此，它們是5G時代基站建設(shè)的理想材料。

電力電子應(yīng)用

當(dāng)今，許多公司都在研發(fā)SiC MOSFET，領(lǐng)先企業(yè)包括美國科銳（Cree）旗下的Wolfspeed、德國的SiCrystal、日本的羅姆（ROHM）、新日鐵等。而進(jìn)入GaN市場中的玩家較少，起步也較晚。

SiC的電力電子器件市場在2016年正式形成，市場規(guī)模約在2.1億~2.4億美金之間。而據(jù)Yole最新預(yù)測，SiC市場規(guī)模在2021年將上漲到5.5億美金，這期間的復(fù)合年均增長率預(yù)計(jì)將達(dá)19%。

全球已有超過30家公司在電力電子領(lǐng)域擁有SiC、GaN相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、制造和銷售能力。2016年SiC無論在襯底材料、器件還是在應(yīng)用方面，均有很大進(jìn)展，已經(jīng)開發(fā)出耐壓水平超過20KV的IGBT樣片。

各國的發(fā)展策略

美、日、歐等國都在積極進(jìn)行第三代半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略部署，其中的重點(diǎn)是SiC。作為電力電子器件，SiC在低壓領(lǐng)域如高端的白色家電、電動汽車等由于成本因素，逐漸失去了競爭力。但在高壓領(lǐng)域，如高速列車、風(fēng)力發(fā)電以及智能電網(wǎng)等，SiC具有不可替代性的優(yōu)勢。

美國等發(fā)達(dá)國家為了搶占第三代半導(dǎo)體技術(shù)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，通過國家級創(chuàng)新中心、協(xié)同創(chuàng)新中心、聯(lián)合研發(fā)等形式，將企業(yè)、高校、研究機(jī)構(gòu)及相關(guān)政府部門等有機(jī)地聯(lián)合在一起，實(shí)現(xiàn)第三代半導(dǎo)體技術(shù)的加速進(jìn)步，引領(lǐng)、加速并搶占全球第三代半導(dǎo)體市場。

例如，美國國家宇航局（NASA）、國防部先進(jìn)研究計(jì)劃署（DARPA）等機(jī)構(gòu)通過研發(fā)資助、購買訂單等方式，開展SiC、GaN研發(fā)、生產(chǎn)與器件研制；韓國方面，在政府相關(guān)機(jī)構(gòu)主導(dǎo)下，重點(diǎn)圍繞高純SiC粉末制備、高純SiC多晶陶瓷、高質(zhì)量SiC單晶生長、高質(zhì)量SiC外延材料生長這4個方面，開展研發(fā)項(xiàng)目。在功率器件方面，韓國還啟動了功率電子的國家項(xiàng)目，重點(diǎn)圍繞Si基GaN和SiC。

發(fā)達(dá)國家第三代半導(dǎo)體材料政策如下圖所示：

資料來源：CASA整理

可見，全球SiC產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢。其中美國全球獨(dú)大，居于領(lǐng)導(dǎo)地位，占有全球SiC產(chǎn)量的70%~80%；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，在全球電力電子市場擁有強(qiáng)大的話語權(quán)；日本則是設(shè)備和模塊開發(fā)方面的絕對領(lǐng)先者。

中國由于在LED方面已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平，為第三代半導(dǎo)體在其它方面的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用打下了一定的基礎(chǔ)。

中國發(fā)展?fàn)顩r

中國開展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比較晚，與國外相比水平較低，阻礙國內(nèi)第三代半導(dǎo)體研究進(jìn)展的重要因素是原始創(chuàng)新問題。國內(nèi)新材料領(lǐng)域的科研院所和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)大都急功近利，難以容忍長期“只投入，不產(chǎn)出”的現(xiàn)狀。因此，以第三代半導(dǎo)體材料為代表的新材料原始創(chuàng)新舉步維艱。

雖然落后，我國也在積極推進(jìn)，國家和各地方政府陸續(xù)推出政策和產(chǎn)業(yè)扶持基金發(fā)展第三代半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)：地方政策在2016年大量出臺，福建、廣東、江蘇、北京、青海等27個地區(qū)出臺第三代半導(dǎo)體相關(guān)政策（不包括LED）近30條。一方面，多地均將第三代半導(dǎo)體寫入“十三五”相關(guān)規(guī)劃，另一方面，不少地方政府有針對性對當(dāng)?shù)鼐哂幸欢▋?yōu)勢的SiC和GaN材料企業(yè)進(jìn)行扶持。

據(jù)CASA統(tǒng)計(jì)，2017年我國第三代半導(dǎo)體整體產(chǎn)值約為6578 億（包括照明），同比增長 25.83%。其中電力電子產(chǎn)值規(guī)模接近 10 億元，較上年增長10倍以上。

此次發(fā)布的國內(nèi)首個《第三代半導(dǎo)體電力電子技術(shù)路線圖》的機(jī)構(gòu)是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，該聯(lián)盟雖然是由相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、大專院校，龍頭企業(yè)自愿發(fā)起的民間產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)，但是，其實(shí)背后是國家科技部，工信部以及北京市科委鼎力支持下成立的，其發(fā)布的路線圖在一定程度上代表了國家對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的指引。

從聯(lián)盟的成員來看，也對國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展起著舉足輕重的作用，理事會提名中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、北京大學(xué)、南京大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、三安光電股份有限公司、國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院、中興通訊股份有限公司、蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司、山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司等創(chuàng)新鏈條上的重要機(jī)構(gòu)作為副理事長單位。

國內(nèi)企業(yè)方面，在LED芯片領(lǐng)域已有深厚積累的三安光電，在第三代半導(dǎo)體材料的研發(fā)投入達(dá)到了330億元。

除三安光電外，揚(yáng)杰科技、國民技術(shù)、海特高新等多家上市公司均開始布局第三代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。

揚(yáng)杰科技曾向投資者透露，其SiC芯片技術(shù)已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。海特高新通過其子公司海威華芯開始建設(shè)6英寸的第二代/第三代集成電路芯片生產(chǎn)線。中車時代電氣（中國中車子公司）在高功率SiC器件方面處于國內(nèi)領(lǐng)先。國民技術(shù)也開始布局這個領(lǐng)域，其全資子公司深圳前海國民公司與成都邛崍市人民政府簽訂了《化合物半導(dǎo)體生態(tài)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目投資協(xié)議書》，研發(fā)第三代半導(dǎo)體外延片。

此外，華潤華晶微電子和華虹宏力也是發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料的代表企業(yè)。

大家知道，仙童半導(dǎo)體已經(jīng)被安森美收購。而其在2016年1月5日宣布，將考慮華潤微電子與華創(chuàng)投資的修訂方案。在新方案中，中國資本愿以每股21.70美元的現(xiàn)金收購仙童，這一價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于安森美提出的每股20美元。

遺憾的是，由于美國政府對中國企業(yè)并購的限制，中國人的高價橄欖枝并沒有獲得通行證，仙童還是選擇了同在美國的安森美，讓后者躍居全球功率半導(dǎo)體二當(dāng)家。

曾經(jīng)距離收購仙童半導(dǎo)體那么近，從中可以看出華潤微電子在布局先進(jìn)功率器件方面的決心和力度。華潤華晶微電子是華潤微電子旗下從事半導(dǎo)體分立器件的高新技術(shù)企業(yè)，在國內(nèi)，其功率器件的規(guī)模和品牌具有一定優(yōu)勢。該公司實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的FS工藝，在該基礎(chǔ)上開發(fā)了平面和溝槽產(chǎn)品，具有低損耗，低成本的優(yōu)勢。

結(jié)語

全球都在加碼第三代半導(dǎo)體技術(shù)和材料的研發(fā)工作，中國自然也不甘落后。此次，《第三代半導(dǎo)體電力電子技術(shù)路線圖》的發(fā)布，可以幫助行業(yè)和企業(yè)把握技術(shù)研發(fā)和新產(chǎn)品推出的最佳時間，幫助政府更好明確技術(shù)研發(fā)戰(zhàn)略、重點(diǎn)任務(wù)、發(fā)展方向和未來市場，集中有限優(yōu)勢資源為產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合構(gòu)建平臺，能使利益相關(guān)方在技術(shù)活動中步調(diào)一致，減少科研盲目性和重復(fù)性，將市場、技術(shù)和產(chǎn)品有機(jī)結(jié)合。

據(jù)悉，繼電力電子路線圖之后，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟還將陸續(xù)組織光電、微波射頻等其他應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)路線圖。