第三代半导体产业应用市场呈现快速增长的态势
2019-08-02 10:38

当前第三代半导体产业的应用市场呈现高速增长的态势,国际竞争也十分激烈,美国、欧洲、日本等发达国家都在积极进行战略部署,通过建立创新中心、联合研发等方式,将产学研及政府部门联合起来协同组织和投入,加快第三代半导体的技术进步,以应用端的需求促进技术研发,资金更多投向产品级开发和终端应用,从而全面占领全球第三代半导体市场。

中国在第三代半导体市场需求和产业化水平方面处于领跑状态。在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,目前 LED 照明产业已在我国获得长足发展,并成为我国第三代半导体产业的首个突破口。但在电力电子半导体材料和器件、射频材料和器件方面与国际先进水平相比,尚处于跟跑状态。随着全球半导体产业逐步向亚洲转移,我国发展半导体产业的决心和支持力度空前加大,5G、新能源汽车、AI 等新兴产业带来的广阔市场空间,我国发展第三代半导体产业正当时。

北京聚集了中科院半导体所、微电子所、物理所等有关院所,北京大学、清华大学等相关高校,拥有国内第三代半导体领域三分之一以上的科技资源,研发实力居于国内领先,研发水平整体与国外发达国家同步,大功率 LED 外延片、超低热阻 LED 芯片等器件的多项技术指标处于国际一流水平。

同时,北京聚集了天科合达公司、泰科天润公司、世纪金光公司等相关生产制造企业,中国电力科学研究院、中兴北京研究所、精进电动科技公司等下游用户单位,在国内率先实现了6英寸碳化硅晶圆的小批量制备和二极管等碳化硅相关器件的规模化生产,初步形成碳化硅材料及器件的研发、生产,应用等各环节相对完整的产业链,为未来大力发展第三代半导体技术和产业、建设国家第三代半导体重大创新基地建设奠定了较好的基础。

按产业上下游划分,北京的第三代半导体产业可以划分为材料、芯片工艺、装备制造、应用等几个方面。第三代半导体材料市场前景广阔,是北京市高精尖产业的重要内容,更是顺义确定发展的三大创新型产业集群之一。目前北京第三代半导体材料及应用联合创新基地在中关村顺义园加速建设,一些国内的优势企业和大批创新型公司纷纷落户基地,在北京初步形成了第三代半导体技术和产业集聚区。在北京市科委、顺义区政府和联盟的共同推动下,从顶层规划与设计、平台建设、新型研发机构建设、产业生态环境规划与建设、产业聚集等多个层面进行创新性探索,各项工作正在全面展开。

第三代半导体作为战略性先进电子材料,其技术难度较大,国外对我国实行技术封。针对北京市第三代半导体产业的发展,我们建议如下。

(1)认清差距,优先发展碳化硅产业。材料环节,尽快突破大尺寸、高性能单晶衬底产业化技术;芯片设计与工艺环节,尽快突破碳化硅MOSFET氮化镓 HEMT 等芯片设计和工艺实现技术,解决可靠性关键技术,解决相关的驱动与应用系统仿真等关键技术;封装与测试环节,尽快解决高温、高压、高频、高功率密度等条件下的封装工艺、技术、材料等关键问题,解决高压、大电流、高频、高温等条件下的芯片和模块测试技术问题;工艺装备方面,要充分发挥材料、工艺和装备一体化的优势,结合产业发展的需要,开发先进的包括刻蚀设备、高温离子注入设备、高温氧化设备、高温退火设备等国产化工艺装备,以满足第三代半导体未来高速发展对装备的需求。缩小技术差距要靠企业和研究机构持续投入研发,完成前期技术积累工作。鉴于北京已具备较为完整的碳化硅产业链,资源优势明显,加上目前氮化镓射频工艺基本都是基于碳化硅衬底上做氮化镓外延,因此建议北京优先发展碳化硅产业。在目前国内企业普遍缺乏资金和技术实力的情况下,建议政府设立专项资金,集中有限资金重点支持,以天科合达(碳化硅材料)、泰科天润(碳化硅器件)、燕东微电子(碳化硅器件)、北方华创(碳化硅设备)为重点扶持单位。

(2)发挥政府主导作用,形成合力。第三代半导体产业发展是一个大规模的系统工程,建议通过政府作用,发掘和聚合北京市内有限的科技力量,建立第三代半导体产业技术创新战略联盟,包括材料、芯片、封测、应用、装备各环节,形成上中下游紧密联动、联合开发、快速迭代验证。实现从企业技术引进、政府主导关键技术合作开发,到后续企业自主开发过程。

(3)以应用促发展,开展典型试点示范。产业方面,以应用促发展,开展典型试点示范。以应用为导向,建立“技术供给与市场拉动一体化”的试点示范组织实施机制,制定包括技术集成、产品应用、商业模式、工程监管、标准检测等在内的系统化、集成化实施方案,重点开展面向电动汽车(充电、驱动、无人驾驶)、新能源与能源互联网(光伏逆变器、风电变流器、智能微网中的各类固态变压器、固态断路器开关、储能控制设备等微网控制设备)、5G 通信(基站和终端应用)以及智能照明等重点领域的试点示范。以试点示范,加快技术成果转化和产业化,促进国产化应用。试点布局方面建议以新能源汽车(北汽新能源)、充电桩(华商三优)为重点建设。

(4)鼓励民营、外资等各种经济形式的企业投资。当前,半导体产业的民间投资出现良好势头,但更多关注芯片设计环节,应鼓励各类经济实体投资半导体制造业,鼓励发展第三代半导体专用材料及器件生产线,特别是有半导体行业经验的大型企业集团,使之有能力进入这些领域,并依靠自己的经济实力生存下来并发展壮大。应用方面建议从对可靠性要求相对较低的消费级电子产业、对第三代半导体器件有刚性需求的产业(如光伏逆变器、5G 通信)、受政策导向影响较大的产业(如充电桩)等逐步切入市场。

(5)最大限度利用海外成熟技术和人才。通过在海外设研发中心、海外并购或引进海外人才的方式,短时间内快速提升技术整合和自主开发能力。美国和日本技术方面较先进,但封锁较严,尤其对中国,并购企业的方式基本行不通,建议通过人才和技术引进,或者在当地设研发中心的方式获得资源。欧洲、俄罗斯等国技术也相对先进,可以考虑寻找中小规模材料或器件企业整体并购或团队整体引进的方式获得合作。

(6)鼓励重点园区布局和建设。目前顺义区已经启动了第三代半导体创新型产业集聚区前期研究和规划建设,专门制定了第三代半导体产业发展规划,预留了 1000 亩的发展空间,制定了专项政策,包括成立专门机构加强组织领导、整合土地资源丰富承载空间、统筹财政资金加大支持力度、吸引社会资本深化产融合作等。与此同时,北京经济技术开发区拥有天科合达、世纪金光、北方华创、燕东微电子等代表企业,建议开发区政府加大政策扶持力度,提供资金帮助,推进具有自主知识产权的 4 英寸和 6 英寸碳化硅产品的规模化发展,持续提升良品率和市场导入率;加快解决第三代半导体的装备问题,实现材料、工艺、装备一体化。

南有亦庄,北有顺义,建议以“顺义第三代半导体全产业链研发创新公共平台”为核心,以燕东微电子、泰科天润为牵头项目,加快招引优质项目,打造集研发、生产、科技服务和孵化于一体的第三代半导体产业化基地。最终实现全产业链协同创新,共同协作,包括材料、设备和关键零部件的技术突破,并带动后端应用市场的拓展。

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