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第三代半导体: 2018 年是产业化准备的关键期 | 热点聚焦
2018-02-05 00:02

本文首发于2018年2月1日

《中国战略新兴产业》

展望 · 战略性新兴产业

  国家统计局 1 月发布的统计数据显示,2017 年,我国 GDP 总量为 827122 亿元,同比增长 6.9%。这是中国经济增速自 2011 年来首次扭转下行局面,实现企稳回升。意味着我国改革红利释放,经济增长韧性更强。作为持续深化供给侧结构性改革,加快培育形成新动能主体的重要力量,战略性新兴产业对我国经济发展的支撑作用进一步凸显。

  2018 年,是改革开放 40 周年,是决胜全面建成小康社会、实施“十三五”规划承上启下的关键一年,也是战略性新兴产业进一步加快和健康发展的一年。本刊编辑部通过分析近来新一代信息技术、新能源汽车、生物、人工智能、绿色环保等业内热点话题,为读者展望 2018 年及未来我国战略性新兴产业的发展趋势一角。

本刊记者 卜文娟

  以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)等宽禁带为代表的第三代半导体材料,相较前两代产品,性能优势显著并受到业内的广泛好评。第三代半导体具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点,因此也被业内誉为固态光源、电力电子、微波射频器件的“核芯”以及光电子和微电子等产业的“新发动机”。

  目前我国第三代半导体已列入 2030 年国家新材料重大项目七大方向之一,正处于研发及产业化发展的关键期。专家认为,2018 年是第三代半导体产业化准备的关键期。

  而中国在第三代半导体产业有望实现全产业链,第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山表示,实现第三代半导体产业发展共需三股力量。首先是国家,国家的决策对产业发展起决定性作用。第二个是龙头企业,特别是国家央企和大型上市公司。最后一股力量就是联盟,当没有国家及龙头企业投入的时候,中层企业可以抱团取暖,通过联盟力量可以跨过产业化死亡谷。

  第三代半导体有非常好的前景

  中国已形成完整的半导体产业链,并且已具有一定竞争力。2017 年前三季度我国 IC 设计、制造、封测的产业比重分别为 37.7%、26% 和 35.5%。

  半导体产业发展至今经历了三个阶段,第一代半导体材料以硅(Si)为代表。第二代半导体材料砷化镓(GaAs)也已经广泛应用。目前,第一代、第二代半导体技术在光电子、电力电子和射频微波等领域器件性能的提升已经逼近材料的物理极限,难以支撑新一代信息技术的可持续发展,迫切需要发展新一代半导体技术。

  以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)等宽禁带为代表的第三代半导体材料,相较前两代产品,性能优势显著并受到业内的广泛好评。第三代半导体具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点,因此也被业内誉为固态光源、电力电子、微波射频器件的“核芯”以及光电子和微电子等产业的“新发动机”。

  “面向节能、环保、智能化,第三代半导体都有非常好的前景。”于坤山对本刊记者介绍,第3代半导体主要包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、金刚石、氧化锌(ZnO),其中,发展较为成熟的是SiC和GaN。

  第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲在半导体发展战略研讨会上表示,2018 年是第三代半导体产业化准备的关键期。

  于坤山认为,主要基于三个方面,一是技术,国内发展这项技术已经有七八年的时间,前期积累了很多技术,材料到工业再到应用都取得了一些突破。二是投资,国内每年在这方面的投资接近百亿的规模,投资比较大,包括一些科技项目、政府项目、企业项目。三是巨大的市场。“就当前第三代半导体在各领域的应用来看,光电子领域已经率先跨过了产业的低速阶段,进入到快速成长期,而其他领域未来也将遵循这样一个路径快速成长。”

  处于重要的窗口期

  “十三五”期间,为加快推动材料领域科技创新和产业化发展,科技部制定了《“十三五”材料领域科技创新专项规划》,在新材料技术发展方面,重点发展战略性电子材料、先进结构与复合材料、新型功能与智能材料,满足战略性新兴产业的发展需求。在战略性电子材料发展方向中对第三代半导体材料与半导体照明技术进行了系统布局,重点研究内容包括:大尺寸、高质量第三代半导体衬底和薄膜材料外延生长调控规律,高效全光谱光源核心材料、器件和灯具全技术链绿色制造技术,超越照明和可见光通讯关键技术、系统集成和应用示范,高性能射频器件、电力电子器件及其模块设计、工艺技术及应用示范,核心装备制造技术等。

  近日,863 计划新材料技术领域办公室在北京组织专家对“高效半导体照明关键材料技术研发”重大项目进行了验收。据了解,“高效半导体照明关键材料技术研发(一期)、(二期)”项目开展了 Si 和蓝宝石衬底上高光效低成本的 LED 外延和产业化关键技术、芯片及封装应用技术等方面的研究,研制出高质量 SiC 和 GaN 衬底、深紫外 LED 器件、高效白光 OLED 器件和灯具、高质量GaN外延材料、高功率 LED 薄膜倒装器件等成果。

  各地方都在陆续推进第三代半导体的发展。

  北京顺义区积极打造第三代半导体创新型产业集聚区,第三代半导体材料检测平台在河北保定落地,吴江将打造第三代半导体千亿级产业园......

  近日,北京更是发布《加快科技创新发展集成电路产业的指导意见》提出,推进 12 英寸晶圆产线产能规模提升,加快先进、特色工艺平台建设,努力满足本地设计企业代工需求。支持 8 英寸晶圆产线、8 英寸微机电系统(MEMS)产线及第二、三代半导体产线建设。

  此外,企业方面,近年来全球半导体产业增长乏力,甚至出现了负增长,厂商利润率下降明显。企业通过并购获得技术也成为一种趋势。2016 年的半导体领域并购案中,直接涉及第三代半导体的有 4 项,涉及交易金额达 100 亿美元。其中以 Infineon 收购 Cree 分拆的 Wolfspeed 对产业格局影响最大,但该项交易于 2017 年 2 月 16 日,因为美国外国投资委员会关注的国家安全问题而被迫中止。

  乾照光电董事长金张育表示,其公司预计通过投资和并购的方式,吸收优秀人才与研发力度走在行业前端。

  于坤山表示:“任何情况下并购都是一种捷径、一种手段。但是从 2016 年开始,国内很多围绕第三代半导体的收购案,都被美国否决了,所以说不是有钱就可以解决问题的。需要大家协同创新,共同协作,做工艺开发、产品研发,带动后段应用市场的拓展。”

  吴玲表示,我国第三代半导体创新发展的时机已经成熟,处于重要窗口期。但目前仍面临多重紧迫性。其中,光电子材料和器件领域与国际先进水平相比处于并跑状态;功率半导体材料和器件、射频材料和器件与国际先进水平相比处于跟跑状态。目前国际上已经有近 10 家企业具有商业化产品,英飞凌量产器件 2018 年将大规模推出。此外,还有产业化生产线薄弱、技术团队缺乏等问题。

  实现产业发展共需三股力量

  2017 年全球芯片产值或达 4000 亿美元,而中国进口额将超过 2500 亿美元,继续超过了石油的进口额,依赖进口的尴尬局面暂时无法改变。

  “目前,所有的产业原材料、核心材料要进口,核心的装备要进口,对于半导体产业来说是最突出的问题。我们希望国内积累经验,三年之内有进展。装备技术方面要达成共识,第三代半导体产业要真正实现发展,首先装备必须要国产化。对于中国来说,市场是我们的优势,我们也要掌握住这个先决条件。”于坤山表示,“第三代半导体的技术门槛很高,不是说喊口号就能解决的。我们希望在 2030 年解决第三代半导体的装备问题,从材料、工艺、装备一体化这个方向寻找突破口。”

  而兴业证券认为,2018 年第三代半导体设备行业将迎来景气拐点。本轮投资以大陆本土企业为主导,国产设备公司将进入订单和业绩兑现期。半导体行业作为战略性新兴产业,技术突破与下游投资加速,将带来设备需求规模快速扩张。

  吴玲表示,到 2025 年,第三代半导体器件将在移动通信、高效电能管理中国产化率占 50%;LED 通用照明市场占有率达到 80%,核心器件国产化率达到 95%;第三代半导体器件在新能源汽车、消费类电子领域实现规模应用。

  作为新兴产业,第三代半导体的发展也有着自己的目标,“到 2030 年中国第三代半导体全产业链达到国际先进水平,实现第三代半导体技术和产业由跟跑、并跑到部分的领先的跨越。”于坤山总结道。目前,所有联盟的各项活动和各项举措围绕这个目标来实施,主要包括实现中国制造 2025、互联网+、绿色低碳等。而国家重大战略目标则在于突破第三代半导体核心材料、器件、装备等核心技术,支撑以互联网为标准的新一代信息技术的可持续发展,支撑以节能减排为目标的能源与环境所面临的严峻挑战,满足智能化为代表的高薪技术产业发展的迫切需求,到抓住换道超车的历史机遇,实现从受制于人,跟跑到自主保障领跑。

  中微半导体副总经理季华认为,需要从全产业链考虑,不仅是制造和设备,还包括关键零部件。同时,国产设备企业需要参与全球竞争,才能够实现健康稳健发展。

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