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,、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,，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)項目,。在功率器件方面,，韓國還啟動了功率電子的國家項目，重點圍繞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，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,。