半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進入第三個階段。

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。擊穿場強和飽和熱導(dǎo)率也遠大于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、研究機構(gòu)及相關(guān)政府部門等有機地聯(lián)合在一起，實現(xiàn)第三代半導(dǎo)體技術(shù)的加速進步，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）、國防部先進研究計劃署（darpa）等機構(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)展狀況

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，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?shù)鼐哂幸欢▋?yōu)勢的sic和gan材料企業(yè)進行扶持。

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)科研機構(gòu)、大專院校，龍頭企業(yè)自愿發(fā)起的民間產(chǎn)業(yè)機構(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、山東天岳先進材料科技有限公司等創(chuàng)新鏈條上的重要機構(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，這一價格遠遠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。