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什么是第三代半導體?
發布時間:2018-12-28
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  半導體第三代一般指禁帶寬度大于2.2eV的半導體材料,也稱為寬禁帶半導體材料。半導體產業發展至今經歷了三個階段,第一代半導體材料以硅為代表;第二代半導體材料砷化鎵也已經廣泛應用;而以氮化鎵和碳化硅、氧化鋅、氧化鋁、金剛石等寬禁帶為代表的第三代半導體材料,相較前兩代產品性能優勢顯著。
  
  如果你依然對第三代半導體材料感到陌生,可以抬頭看看家中無處不在的LED(發光二極管)燈。氮化鎵基藍光LED的發明使高效白光LED照明得以實現,引起了人類照明光源的又一次革命。
  
  當然,氮化鎵基藍光LED僅僅只是一個開端,第三代半導體實際上擁有著更大、更廣闊的市場發展空間。
  
  由于第三代半導體具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等特點,因此在短波發光、激光、探測等光電子器件和高溫、高壓、高頻大功率的電子電力器件領域擁有廣闊應用前景。
  
  第三代半導體具體的應用場景不勝枚舉,其中在節能電力電子領域,有半導體照明、智能電網、高速列車等;在信息工程領域,有可見光通訊、海量光存儲、高速計算等;在國防建設領域,有紫外探測器、微波器件等;在民用商業應用領域,有無線基礎設施(基站)、衛星通信、有線電視和功率電子等;此外還包括新能源汽車、消費類電子等領域。
  
  正是憑借著性能的優勢和廣闊的應用場景,第三代半導體也被業內譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”以及光電子和微電子等產業的“新發動機”。
  
  目前全球各國均在加大馬力布局第三代半導體領域。2017年,美國、德國、英國、歐盟等國家和組織啟動了至少12個研發計劃和項目,“官產學研”多方聯合研發是重要組織方式之一。
  
  與發達國家相比,中國發展第三代半導體產業的起步較慢,但是隨著政策引導效應逐步顯現,中國第三代半導體產業正迎來高速發展。值得一提的是,2017年中國第三代半導體產業取得了實質性的發展,據CASA初步統計,2017年中國第三代半導體整體產值約為6578億(包括照明),較2016年同比增長25.83%。
  
  雖然第三代半導體材料眾多,但是從目前第三代半導體材料和器件的研究來看,較為成熟、且最具有發展前景的主要是氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)半導體材料這兩種材料。
  
  從目前來看,國內在半導體照明領域的發展具有明顯優勢。例如全球LED芯片龍頭三安光電是憑借在LED芯片領域技術和設備的積累,正式進軍化合物半導體芯片,其中第三代半導體材料的研發如氮化鎵正是其豪擲330億左右投資的七大核心項目之一。除三安光電外,國內的揚杰科技、國民技術、海特高新等多家上市公司均開始布局第三代半導體業務。
  
  與此同時,國內部署的多條第三代半導體相關產線相繼啟用或投產。在SiC領域,中車時代電氣6英寸碳化硅(SiC)產業化基地技術調試圓滿完成;全球能源互聯網研究院6英寸SiC中試線進入安裝調試階段;世紀金光SiC和GaN生產線開始安裝;中電科55所6寸SiC中試線投入運行。在GaN領域,江蘇能華和英諾賽科的8英寸Si基GaN生產線相繼開始啟用;三安集成、海威華芯、天津中環、江蘇華功、大連芯冠、聚力成半導體等均在有序推進中。
  
  產業發展任重而道遠
  
  中國電子信息產業發展研究院、集成電路所超摩爾研究室主任朱邵歆博士認為,目前國內第三代半導體產業發展主要面臨著以下三大困難和挑戰:
  
  一是國際技術封鎖。2018年8月1日,美國商務部公布新增的44家中國出口管制企業名單,限制美國的技術向其出口和轉移。其中名單中的中電科13所和55所是國內技術領先的化合物半導體研究機構;
  
  二是市場推進困難。在國際政治環境允許的情況下,國內的整機應用企業會優先采購全球領先的化合物半導體供應商的產品,以保持整機產品在全球市場的競爭力。國內的化合物半導體企業面臨著在行業市場和消費市場兩面碰壁的困難;
  
  三是項目投資盲目。起步晚、實力弱的城市在集成電路產業缺乏專業認識和發展經驗,招商引資時信息嚴重不對稱,對化合物半導體的市場定位和發展前景的判斷不夠準確。尤其是近年來,境外的所謂“科技人才”打著化合物半導體“全面替代硅”的旗號,組建“臨時拼湊”的技術團隊,懷揣“空手套白狼”的僥幸心理,“游走”國內多個城市,“忽悠”地方政府。
  
  對于行業未來的發展方向,朱少珍博士也對自己提出了一些看法。首先,就市場定位而言,從目前中國工業的發展階段來看,復合半導體在地下室和汽車行業有更大的市場突破機會。一方面,這些市場是新興的應用市場,市場結構尚未鞏固,這對中國企業來說是一個發展機遇。另一方面,國內研究機構在該市場使用的GaN和SiC器件領域有一定的技術積累,與龍頭企業的技術差距相對較小。
  
  此外,在工業模型中,朱少君博士建議努力培養具有市場競爭力的IDM公司。對于5G通信基站、新能源汽車和工業電源等行業,建議培育IDM在GaN和SiC領域的龍頭企業。在智能手機等消費市場,建議推動國內設計公司和制造企業深入合作,探索虛擬IDM的發展模式。

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