把握第3代半导体产业历史机遇，准备好了吗？

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。

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、VC、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、价格合理的单晶衬底、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。

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。

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，未来的电网將会“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，购买国外器件不仅价格高昂，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IGBT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。

杨建：做好半导体产业应让材料和应用迭代发展

北京天科合达半導体股份有限公司（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。

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，且价格昂贵。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。

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？