在日前于南京舉辦的世界半導(dǎo)體大會第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上，與會專家紛紛表示，近年來我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程較快，基本形成了從晶體生長到器件研發(fā)制造的完整產(chǎn)業(yè)鏈。同時，我國在高速軌道交通、新能源汽車、5G應(yīng)用等第三代半導(dǎo)體關(guān)鍵市場的增速位居全球前列，為第三代半導(dǎo)體帶來巨大的發(fā)展空間和良好的市場前景，將催生上萬億元潛在市場。第三代半導(dǎo)體為何如此被看好，有哪些重點應(yīng)用方向？我國第三代半導(dǎo)體企業(yè)該如何抓住發(fā)展機遇，提升生存和競爭能力？

未來半導(dǎo)體的重要方向

材料貫穿了半導(dǎo)體的整個生產(chǎn)流程，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要支撐。相比鍺、硅等第一代半導(dǎo)體，砷化鎵、磷化銦等第二代半導(dǎo)體，以碳化硅、氮化鎵為主的第三代半導(dǎo)體具備耐高溫、耐高壓、抗輻射等特點，特別適合制造微波射頻、光電子、電力電子等器件。

第三代半導(dǎo)體為何如此被看好？由于傳統(tǒng)工藝和硅材料逼近物理極限，技術(shù)研發(fā)費用劇增，制造節(jié)點的更新難度越來越大，“摩爾定律”演進開始放緩。第三代半導(dǎo)體材料是“超越摩爾定律”的重要發(fā)展內(nèi)容，也是未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

現(xiàn)階段，第三代半導(dǎo)體器件還難以在成本上與硅器件匹敵。但從長遠(yuǎn)來看，第三代半導(dǎo)體在成本控制上展現(xiàn)出更強的潛力。一方面，由于硅材料的開發(fā)逼近極限，降價空間所剩無幾，而第三代半導(dǎo)體隨著市場規(guī)模持續(xù)提升，成本仍有較大的下調(diào)空間。另一方面，第三代半導(dǎo)體有利于降低電力系統(tǒng)的整體成本和能源消耗。

“基于碳化硅高頻、高效能、損耗小的特性，系統(tǒng)中的電感、電容、散熱器體積可以做得更小。目前碳化硅應(yīng)用還集中在高端應(yīng)用市場，一旦到達(dá)‘甜蜜點’，也就是價格降到硅器件2.5倍左右，就能降低系統(tǒng)的整體成本，實現(xiàn)對功率器件市場的加速滲透。”基本半導(dǎo)體總經(jīng)理和巍巍表示。

新基建帶來廣闊空間

從20世紀(jì)80年代起，第三代半導(dǎo)體材料催生了照明、顯示、藍(lán)光存儲等光電領(lǐng)域的新需求和新產(chǎn)業(yè)。近十年來，第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用的熱點轉(zhuǎn)向電子器件領(lǐng)域，在光伏逆變器、電動汽車驅(qū)動模塊、UPS、電力變換、電機驅(qū)動等涉及電力、電器、電子和新能源的領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。

今年以來，小米、華為、OPPO、魅族等終端廠商接連推出氮化鎵快充，迅速提升了第三代半導(dǎo)體在消費市場的用戶認(rèn)知度。使用氮化鎵和碳化硅的電源產(chǎn)品具有變頻效率高、抗高溫、高能效、輕量化等特點。隨著家電節(jié)能和能耗要求越來越嚴(yán)，使用第三代半導(dǎo)體作為電源或家電變頻器將成為必然選擇。

而新基建的提出，再次讓第三代半導(dǎo)體站上風(fēng)口。在新基建的范疇中，5G、特高壓、軌道交通、新能源汽車四個領(lǐng)域與第三代半導(dǎo)體息息相關(guān)。

在5G基站領(lǐng)域，氮化鎵是最具增長潛質(zhì)的半導(dǎo)體材料之一，將加速滲透5G基站所需的射頻功率放大器市場。研究機構(gòu)Yole指出，5G商用宏基站以64通道的大規(guī)模陣列天線為主，單基站PA需求達(dá)到192個，預(yù)計2023年氮化鎵射頻器件市場規(guī)模將達(dá)到13.24億美元。

對于碳化硅產(chǎn)業(yè)，新能源汽車是未來幾年最重要的市場驅(qū)動力。《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015—2020年)》指出，到2020年，新增集中式充換電站超過1.2萬座，分散式充電樁超過480萬個，以滿足全國500萬輛電動汽車充電需求。一方面，碳化硅器件可以實現(xiàn)更高的功率密度、更小的體積，滿足充電樁體積小且支持多輛車快速充電的需求;另一方面，采用碳化硅MOSFET(金氧半場效晶體管)的新能源汽車逆變器，能從電池、車內(nèi)空間占用、冷卻系統(tǒng)等方面節(jié)約電動汽車的總體成本。

碳化硅高溫、高頻、低損耗的特性，也將在特高壓和軌道交通領(lǐng)域發(fā)揮作用。目前碳化硅已經(jīng)在中低壓配電網(wǎng)啟動應(yīng)用，未來，更高電壓、更大容量、更低損耗的柔性輸變電對萬伏級以上的碳化硅功率器件存在大量需求。同時，將碳化硅應(yīng)用于軌道交通牽引變流器，將推動牽引變流器裝置的小型化、輕量化發(fā)展，減輕軌道交通的載重系統(tǒng)，推動軌道交通的綠色、智能化發(fā)展。

與國際先進水平仍存差距

第三代半導(dǎo)體的先天優(yōu)勢，吸引國內(nèi)外半導(dǎo)體企業(yè)紛紛搶灘。科銳、羅姆、意法半導(dǎo)體、英飛凌、安森美、恩智浦、三菱電機等歐美日領(lǐng)先廠商通過擴充產(chǎn)能、投資并購等方式，在第三代半導(dǎo)體市場跑馬圈地。

隨著第三代半導(dǎo)體的戰(zhàn)略意義被廣泛認(rèn)知，國內(nèi)廠商加速布局，形成了包括襯底、外延、器件設(shè)計、流片、封裝、系統(tǒng)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈條。但是在材料指標(biāo)、器件性能等方面，國內(nèi)廠商與國際先進水平仍存差距。

和巍巍表示，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體與國際巨頭存在差距，原因是綜合性的。一是起步略晚，在專利積累上有所滯后;二是海外公司在第三代半導(dǎo)體進行了20~30年的長期投入，在投資強度上具備優(yōu)勢;三是具備工程經(jīng)驗的人才相對稀缺。

“人才不像購買設(shè)備，需要相當(dāng)長的培養(yǎng)周期。微電子等相關(guān)專業(yè)的碩士生，普遍缺乏流片等工程經(jīng)驗，進入企業(yè)之后需要進一步的培訓(xùn)，持續(xù)在實踐中積累，才能從畢業(yè)生轉(zhuǎn)變?yōu)橛薪?jīng)驗的工程師。所以，人才培養(yǎng)的時間成本還是比較高的。”和巍巍表示。

從產(chǎn)業(yè)鏈進程來看，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體在產(chǎn)業(yè)鏈的整合、完善程度上，仍有待優(yōu)化。一方面，國際第三代半導(dǎo)體大廠多采用IDM模式，具備更強的產(chǎn)業(yè)鏈整合能力。芯謀研究首席分析師顧文軍表示，科銳等第三代半導(dǎo)體巨頭，實現(xiàn)了設(shè)計制造一體化，技術(shù)和工藝的整合程度較高，實現(xiàn)了具備差異化優(yōu)勢的產(chǎn)品和更高的良率。另一方面，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體在EDA、高質(zhì)量檢測設(shè)備等環(huán)節(jié)存在短板。和巍巍指出，國際EDA廠商往往和碳化硅廠商合作多年，積累了大量的數(shù)據(jù)，仿真程度更高，而國內(nèi)EDA工具普遍缺乏第三代半導(dǎo)體的數(shù)據(jù)積累。

第三代半導(dǎo)體本身的產(chǎn)業(yè)特點，也增加了后發(fā)企業(yè)提升市場份額的難度。瀚天天成總經(jīng)理馮淦曾向記者表示，碳化硅面向大功率電力電子器件，對可靠性和安全性有著極高的要求，認(rèn)證周期較長。一旦終端企業(yè)更換供貨商，將面臨產(chǎn)品的重新認(rèn)證，后發(fā)企業(yè)挑戰(zhàn)龍頭企業(yè)生態(tài)優(yōu)勢的難度較大。

抓住窗口期提升競爭力

第三代半導(dǎo)體是國家科技創(chuàng)新2030重大項目“重點新材料研發(fā)及應(yīng)用”的重要部分，近年來取得快速發(fā)展，其技術(shù)價值和應(yīng)用前景得到廣泛認(rèn)可。

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長于坤山表示，推動第三代半導(dǎo)體進一步發(fā)展，一方面，要把握5G、新能源汽車、能源互聯(lián)網(wǎng)、消費類電子、新型顯示等市場契機，加速試點布局和產(chǎn)業(yè)化企業(yè)落地。另一方面，建議地方政府加強頂層布局，圍繞國家項目進行產(chǎn)業(yè)鏈配套，夯實支撐產(chǎn)業(yè)鏈公共研發(fā)和服務(wù)等技術(shù)平臺，加速完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

面對第三代半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)窗口期，企業(yè)該如何提升生存和競爭能力?和巍巍表示，作為企業(yè)，一是要追趕國外最先進水平，對標(biāo)最先進的器件。二是完善老、中、青人才梯隊的培養(yǎng)。三是通過股權(quán)激勵，以及參與、推動產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合培養(yǎng)人才的模式，提升人才待遇，更好地留住人才。

泰科天潤董事長陳彤曾向記者表示，后發(fā)企業(yè)要成長，必須抓住新舊技術(shù)迭代的窗口期。碳化硅是一個新的產(chǎn)業(yè)機會，給了中國功率半導(dǎo)體企業(yè)參與國際競爭的契機。企業(yè)要利用貼近中國市場的優(yōu)勢，以更快的反應(yīng)速度，抓住市場機遇。

對于提升國內(nèi)第三代半導(dǎo)體企業(yè)的風(fēng)險抵御能力，和巍巍指出，碳化硅等三代半導(dǎo)體采用升華再結(jié)晶的方式生長，相比拉單晶的硅材料，更容易出現(xiàn)缺陷，造成器件失效，這是國內(nèi)外廠商普遍面臨的難題。加上國內(nèi)企業(yè)與國際廠商在技術(shù)水平和營收能力上仍存差距，一旦器件出現(xiàn)故障，可能會因為高額的賠付蒙受巨大損失。如果能針對國內(nèi)半導(dǎo)體器件推出試用保險，將為企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新注入更多信心。