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沈波:第三代半导体产业面临挑战

2022-09-17 07:35    点击次数:95

  当前,我国第三代半导体技术和产业发展主要面临三大挑战:一是国际政治和经济环境急剧变化,技术封锁危险加剧;二是产业“卡脖子”问题亟待解决;三是国际上已进入产业化快速发展阶段,我国核心材料芯片产业化能力亟待突破。

  第三代半导体也称宽禁带半导体,包括氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等,有着突出的光电特性。第三代半导体是全球技术竞争的关键领域之一。美日欧等发达国家和地区都启动了相关计划,加强对第三代半导体技术研究和产业布局,我国也高度重视第三代半导体技术和产业研发。

  第三代半导体主要应用的三大领域分别是光电子器件,如半导体照明、激光显示等;射频电子器件,如移动通信基站、卫星通讯等;功率电子器件,如新能源汽车、智能电网、高速轨道交通等。我国“新基建”七大产业方向,如5G基站、新能源汽车充电桩、轨道交通等, 精准人工计划网页版都离不开第三代半导体。

  第三代半导体产业链主要包括衬底、外延、设计、芯片、封测、应用等环节。其中,衬底、外延、芯片三个环节技术含量更加密集,是投资和创新的重点。

  以SiC衬底为例,目前已有10多所高校、科研院所和几十家企业活跃在国内SiC单晶衬底领域,先后攻克了单晶尺寸、电阻率、晶型、单晶炉等一系列核心技术,4英寸导电型和半绝缘SiC衬底已大规模量产和应用,6英寸导电型衬底已大规模产业化。但目前在缺陷控制、衬底尺寸、面型控制等方面的研发和产业化水平,与国外仍有差距。

  经过20多年的高速发展,我国第三代半导体主要研发机构已具备全创新链研发能力,国内第三代半导体主要企业已基本形成全产业链,产业规模达到世界第一,但高端产品特别是电子器件领域与国外差距还较大,部分高端产品还是空白。

  当前,围绕第三代半导体材料与器件,将重点进行7个方面的技术攻关,包括SiC基电力电子材料与器件、GaN基高效功率电子材料与器件、宽禁带半导体射频电子材料与器件、宽禁带半导体光电子材料与器件、宽禁带半导体深紫外光电材料与器件、第三代半导体新功能材料和器件、宽禁带半导体衬底材料与配套材料。

  我国“十四五”期间发展第三代半导体的总体目标是从实现“有无”到解决“能用”和“卡脖子”问题,实现第三代半导体全产业链能力和水平提升。具体来说,要突破第三代半导体功率电子材料及器件产业化技术,推动新一代电力电子技术革命,实现在高速列车、新能源汽车、工业电机等领域的规模应用;开展万伏千安级SiC功率器件技术应用示范,引领国际特高压输变电和清洁能源并网技术发展;解决移动通信行业GaN基射频芯片基本依赖进口的“卡脖子”问题,突破Micro-LED、深紫外光源等光电芯片产业化技术,促进在健康医疗、公共安全、新型显示等行业形成新兴产业。