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本刊记者/ 刘 超
长期以来,我国从半导体材料到器件再延伸至模块,始终没能迈进世界先进行列.从硅、锗第1代半导体到砷化镓、磷化铟第2代半导体,我国已经在制造和工艺技术上落后2个代差,核心技术和设备受制于人.而被行业寄予厚望的以碳化硅和氮化镓为代表的第3代半导体材料和应用,在产业化的道路上依然步履蹒跚,遇到许多“卡脖子”的问题.究其原因为何？“卡脖子”究竟“卡”在哪儿？我国第3代半导体材料及器件能否完全走上“领跑”的道路？
针对上述问题,第3代半导体产业领域的专家们有话说.
第3代半导体产业技术创新战略联盟理事长 吴玲
吴玲：构建协同发展的第3 代半导体产业创新体系
第3代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲在接受本刊采访时表示,目前,我国第3代半导体材料的发展遇到了许多突出问题,总结为：能否用得上？用得起？用得好？这3个问题,都尚未解决.
用得上,是说我们能不能做出有国际竞争力的材料、器件和模块；用得起,是指和其它的材料相比,第3代半导体材料和器件有优良的性价比,真正受到应用端和客户的欢迎；用得好,是指在应用市场还没有完全打开的情况下,材料和器件的性能、质量和可靠性是不是最能符合各种细分市场应用端的要求,尤其器件是否能满足新应用系统拓普结构优化的需求.解决上述问题的关键在于上下游的协同发展.因此,资源的有效整合非常重要,具体表现为2方面.
一是,我国需要建立针对第3代半导体的协同创新体系,补齐产业发展短板.这个体系应该包括研发平台（研发、中试）、测试平台（检测）、服务平台（成果转化和企业孵化）、金融平台（种子、天使、V C、产业基金）等,能够把产业创新的体系和可持续发展的能力建立起来,构建安全的产业生态.而补足短板,在于首先要实现材料技术的突破,为市场提供性能好、合理的单晶衬底、外延等材料.另外就是要解决核心装备国产化的问题.只有这样才能做到第3代半导体产业的完全自主、可控.
目前,第3代半导体产业技术创新战略联盟（以下简称“联盟”）正在围绕第3代半导体的产、学、研和上、下游构建创新链、资本链、政策链,以期能够打开协同创新的局面.与现在成熟的LED照明产业相比,第3代半导体技术、产业化的难度更大,市场又对其不断提出更多的高要求.联盟正在完善和构建第3代半导体产业的生态环境,能更加有利于推动产业创新和技术创新,支撑链条上各个阶段的创新要素的有效配置和整合.
二是,实现第3代半导体产业“换道超车”,整个产业链2030年达到国际先进水平,核心技术与专利的突破至关重要.通过“联盟+研究院”模式,联合产业链和价值链上的领先企业和研究机构,形成利益共同体、共建机制体制创新的研发和开放的中试平台.原因有：①第3代半导体产业链条长、应用覆盖面广,现阶段没有单一企业有能力独自完成,需要抱团发展；②该平台有放大国家投入的能力（通过项目、平台、基地、基金联动）；③贯穿整个链条的、开放的平台更容易吸引国际化一流人才；④该平台与企业不形成竞争关系,以服务企业为宗旨,支撑企业成为创新主体.
目前,由我国发起的全球能源互联网建设,高速铁路、新能源发电、新能源汽车、超越照明、5G通信、物联网等新兴产业都将率先成为第3代半导体的主要应用领域.我国有机会成为这些新兴产业的主要创造者、最大供应商,同时也是最大的市场和用户.
第3代半导体产业技术创新战略联盟秘书长 于坤山
于坤山：产业要受得住质疑,企业要坐得了“冷板凳”
到目前为止,国内外普遍看好第3代半导体应用和市场的未来前景.但是,3年前并不是这样,多数人还是持怀疑的态度,在观望.这种质疑可以理解,任何新兴产业,在其发展的初期都得承受这种质疑,第3代半导体产业也不例外.第3代半导体产业技术创新战略联盟（以下简称“联盟”）秘书长于坤山说.
现在,制约我国第3代半导体产业发展的主要因素是材料和装备.一个国家的工业基础是不是好,最终就看核心材料的自主研发及生产水平有多高,配套的装备能不能跟得上.美国、日本和德国控制了世界上大多数的材料和装备的核心技术和市场,中国要想赶超,需要吸引一大批潜得下心、沉得住气、坐得了冷板凳的人才,并在材料和装备的基础研发方面进行长期的投入.
从联盟的角度,通过分析第3代半导体产业发展的历史、现状和未来趋势,做好产业发展的顶层设计、整合国内外资源、优化布局.目前,在联盟的推动下,已经启动北京中关村顺义园第3代半导体创新产业基地建设.该基地将建成碳化硅和氮化镓中试线、封装中试线、测试实验室等核心平台.在产业技术战略、项目组织与示范、专利与标准、成果转化、人才培育、基地建设等方面先行先试.以此为契机,吸纳全球优势资源,完善产业链,打造产业生态体系.
国家电网全球能源互联网研究院副院长 邱宇峰
邱宇峰：在全球能源互联网深度融合背景下要提前谋篇布局国家电网（以下简称“国网”）全球能源互联网研究院副院长邱宇峰说,作为应用端,电网对半导体器件的需求量很大,随着智能电网的建设,电网对半导体器件的需求会不断加大,技术要求也会不断提高.全球能源互联网的提出,对电网提出了更高的要求,功率器件要能承受更高的电压,电压越高、串联数越少,可靠性越高；更大的电流,电流越大,整机容量也就越大；更小的体积,减少土地使用面积和设备数量,从而降低电网的建设和运营成本.但是,目前在电网中使用的半导体器件和模块都是传统的硅基半导体,随着硅基材料性能极限将至,电网也将面临设备的大量更换和升级,所以要做好提前布局和规划,必须提前找好出路.
第3代半导体器件,则为电网提供了一个最优的选择,碳化硅基半导体可以满足未来电网的重大需求.从发展趋势上看,未来的电网将会“半导体化”,电网对半导体的依赖程度将会更高.对第3代半导体器件,国网首先考虑使用国产产品,购买国外器件不仅高昂,而且风险也很高.
电网是目前国内对第3代半导体最有需求和最大的市场,也是最着急的应用端.但是,目前国内第3代半导体从材料到器件和模块的国产化问题没有解决,严重制约着电网技术的发展.第3代半导体的国产化问题,归根到底是没有形成可以把整个产业链贯穿的核心企业.所以,国网根据未来电网的技术需求将产业链向前延伸,重点在碳化硅电力电子芯片设计、器件封装、失效分析、试验测试以及应用等关键技术开展深化研究,掌握离子注入、成形、欧姆接触和表面钝化等核心技术,开发出碳化硅二极管与硅基I G B T混合模块以及碳化硅基电力电子器件.这样做的目的就是要把材料企业吸纳进来,更紧密地衔接到电网的器件需求上.
京天科合达半导体股份有限公司总裁 杨建
杨建：做好半导体产业应让材料和应用迭展
北京天科合达半导体股份有限公司（以下简称“天科合达”）总裁杨建向本刊介绍,造成国内材料和器件国产化进度缓慢的原因主要有2个.
一是国外对材料和器件的研究投入比国内早近20年,在相当长的时间内,第3代半导体材料被国外巨头垄断.由于贸易壁垒及技术保护等原因,国内很难购买到代表国外先进技术水平的衬底,直接影响国内器件研发速度.
二是国内器件企业的研发建立在国外衬底的基础上.国产衬底企业初期难以得到国内产业链下游器件企业的通力支持,由于得不到下游用户的及时反馈,就会影响材料质量提升速度.
目前,天科合达一方面专注于不断提升材料的性能和品质；另一方面,也在与下游外延企业和器件企业加强合作,希望得到更多的来自下游需求侧反馈的产品信息.根据这些反馈信息,进行针对性研发,从而快速完善产品质量.另外,天科合达利用自身技术积累优势迅速缩短6英寸产品与国外的差距,优先满足国内下游企业的需求.
北京世纪金光半导体有限公司总经理 杨永江
杨永江：材料技术的发展需要国内原材料和装备的跟进
北京世纪金光半导体有限公司总经理杨永江认为,制约第3代半导体产业发展的核心要素,并不是做材料和器件的人不努力,越到这个时候才越能体现一个国家的协同发展能力和工业基础水平.要解决材料和器件的国产化问题,就需要多方的协同合作.
一是我国虽然在材料方面的研究起步比较早,但是对材料的应用研究起步比较晚.材料不应用就发现不了材料的一些隐性缺憾,进而无法通过需求牵引来解决材料存在的更深层次问题,材料企业也就无法知道自己的产品究竟达到一个什么样的水平.这需要国内的材料企业和应用企业共同合作,暴露出来的问题才能得以解决.
二是碳化硅材料和器件研究所采用的检测仪器几乎要依赖进口,且昂贵.特别是对碳化硅材料的一些微观特性的分析设备动辄几百万,并且需要的检测数据有很多,需要购买大量的检测仪器和设备,许多企业根本无法承担昂贵的设备成本.而目前,国内碳化硅晶体材料与国外的主要差距就体现在微观特性方面,这些微观问题不解决,将严重影响碳化硅晶体材料的质量和性能.对材料的微观特性检测,需要材料企业与国内有更多的开放式检测平台的合作,而目前国内的检测平台开放程度不高.
三是目前国内无法生产作为碳化硅基体材料的高纯度碳粉,全部需要进口.不仅如此,碳化硅生长设备中的石墨坩埚也需要进口.国产的碳化硅生长炉,性能与国外存在较大差距,很大程度上影响了产品的成品率.配套设备的开发不足和滞后,也是影响第3代半导体材料和器件国产化的重要因素之一.
10.3969/j.issn.1008-892X.2017.08.002
编后：第3代半导体在2017年已进入爆发式增长期,将深刻改变全球半导体产业格局.市场方面,国际上电源、通信、光伏逆变器、充电桩等领域已开始采用第3代半导体电子及功能器件；产业方面,国际上近10家企业已有商业化产品,英飞凌量产器件2017年将大规模推出.因此,我国发展第3代半导体材料及应用刻不容缓,解决国产化问题迫在眉睫.此刻,已经到了国内第3代半导体产业链各环节的企业集中一点,共同进退的时候.这场决定未来世界半导体格局的战役,产业界准备好了吗？
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参考文献：
1、 第三代半导体产业技术大会召开 6月30日,由第三代半导体产业技术创新战略联盟（以下简称“联盟”）、亚欧第三代半导体科技创新合作中心、张家港市政府联合主办,张家港高新技术产业开发区、张家港市科学技术局承办的&.
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