第三代半導(dǎo)體崛起為中國(guó)照明創(chuàng)造新機(jī)遇

　　近年，以氮化鎵GaN、碳化硅SiC等寬禁帶化合物為代表的第三代半導(dǎo)體材料在引發(fā)全球矚目，成為全球半導(dǎo)體研究前沿和熱點(diǎn)，中國(guó)也不例外地快馬加鞭進(jìn)行部署。

　　專家指出，第三代半導(dǎo)體材料是以低碳和智能為特征的現(xiàn)代人類信息化社會(huì)發(fā)展的基石，是推動(dòng)節(jié)能減排、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，提升新一代信息技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)力的決定性因素之一，有著不可替代的支撐作用。那么，速崛起的第三代半導(dǎo)體材料，能否讓中國(guó)掌控新一輪半導(dǎo)體照明發(fā)展的話語(yǔ)權(quán)呢？第三代半導(dǎo)體材料雙雄：氮化鎵、碳化硅

　　半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展先后經(jīng)歷了以硅（Si）為代表的第一代半導(dǎo)體材料，以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導(dǎo)體材料，從上世紀(jì)五六十年代以來(lái)，這兩代半導(dǎo)體材料為工業(yè)進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。如今，以氮化鎵、碳化硅、氧化鋅、金剛石、氮化鋁為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料以更大的優(yōu)勢(shì)力壓第一、二代半導(dǎo)體材料，統(tǒng)稱第三代半導(dǎo)體材料。

　　作為一類新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，第三代半導(dǎo)體材料在許多應(yīng)用領(lǐng)域擁有前兩代半導(dǎo)體材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高壓、高溫、高頻、高抗輻射能力，被譽(yù)為固態(tài)光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”，以及光電子和微電子等產(chǎn)業(yè)的“新發(fā)動(dòng)機(jī)”，尤其是新一代半導(dǎo)體照明的關(guān)鍵器件，具有廣泛的基礎(chǔ)性和重要的引領(lǐng)性。從目前第三代半導(dǎo)體材料和器件的研究來(lái)看，較為成熟的是氮化鎵和碳化硅半導(dǎo)體材料，氮化鎵和碳化硅無(wú)疑成為第三代半導(dǎo)體材料雙雄，發(fā)展最為迅速；而氧化鋅、金剛石、氮化鋁等材料的研究尚屬起步階段。

　　上世紀(jì)90年代之后，氮化鎵進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，年均增長(zhǎng)率達(dá)到30%，日益成為大功率LED的關(guān)鍵性材料。此后，氮化鎵同碳化硅一起，進(jìn)軍功率器件市場(chǎng)。2012年，氮化鎵市場(chǎng)中僅有兩三家器件供應(yīng)商，2013年以來(lái)，陸續(xù)有很多公司推出新產(chǎn)品，市場(chǎng)空間得到了較好擴(kuò)展。而碳化硅的商業(yè)化應(yīng)用在21世紀(jì)才全面鋪開，但商業(yè)化生產(chǎn)的碳化硅早在1987年就存在了。與低一級(jí)的硅相比，碳化硅有諸多優(yōu)點(diǎn)：有高10倍的電場(chǎng)強(qiáng)度，高3倍的熱導(dǎo)率，寬3倍禁帶寬度，高1倍的飽和漂移速度。因?yàn)檫@些特點(diǎn)，使其小至LED照明、家用電器、新能源汽車，大至軌道交通、智能電網(wǎng)、軍工航天都具備優(yōu)勢(shì)，所以碳化硅市場(chǎng)被各產(chǎn)業(yè)界頗為看好。

　　國(guó)際：美日歐爭(zhēng)搶制高點(diǎn)

　　從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)角度看，美、日和歐州的發(fā)達(dá)國(guó)家已將第三代半導(dǎo)體材料列入國(guó)家計(jì)劃，并展開全面戰(zhàn)略部署，搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

　　如美國(guó)，2014年初，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布成立“下一代功率電子技術(shù)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心”，期望通過(guò)加強(qiáng)第三代半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，使美國(guó)占領(lǐng)下一代功率電子產(chǎn)業(yè)這個(gè)正在出現(xiàn)的規(guī)模最大、發(fā)展最快的新興市場(chǎng)，并為美國(guó)創(chuàng)造出一大批高收入就業(yè)崗位。

　　日本成立了“下一代功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)開發(fā)聯(lián)盟”，由大阪大學(xué)牽頭，協(xié)同羅姆、三菱電機(jī)、松下電器等18家從事SiC和GaN材料、器件以及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的知名企業(yè)、大學(xué)和研究中心，共同開發(fā)適應(yīng)氮化鎵和碳化硅等下一代功率半導(dǎo)體特點(diǎn)的先進(jìn)封裝技術(shù)。

　　歐洲則啟動(dòng)了產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目“LASTPOWER”，由意法半導(dǎo)體公司牽頭，協(xié)同來(lái)自意大利、德國(guó)等六個(gè)歐洲國(guó)家的私營(yíng)企業(yè)、大學(xué)和公共研究中心，聯(lián)合攻關(guān)氮化鎵和碳化硅的關(guān)鍵技術(shù)。項(xiàng)目通過(guò)研發(fā)高性價(jià)比且高可靠性的氮化鎵和碳化硅功率電子技術(shù)，使歐洲躋身于世界高能效功率芯片研究與商用的最前沿。

　　中國(guó)：建立創(chuàng)新基地

　　如何憑借歷史機(jī)遇，使中國(guó)掌控新一輪半導(dǎo)體發(fā)展的話語(yǔ)權(quán)，至關(guān)重要。

　　2015年5月，京津冀聯(lián)合共建第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地，搶占第三代半導(dǎo)體戰(zhàn)略新高地，還與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，標(biāo)志著該基地引進(jìn)國(guó)際優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新資源、匯聚全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才取得新進(jìn)展。

　　在首屆第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用發(fā)展國(guó)際研討會(huì)上，科技部副部長(zhǎng)曹健林曾表示，“今天的中國(guó)，在技術(shù)上已經(jīng)走到了世界前列，更何況中國(guó)已經(jīng)是世界上最大的經(jīng)濟(jì)體系，我們應(yīng)該與全世界的同行共同來(lái)解決面臨的問(wèn)題，而且隨著中國(guó)政府支持創(chuàng)新、鼓勵(lì)創(chuàng)新力度的加強(qiáng)，我們更相信中國(guó)有能力解決這些問(wèn)題，這不僅是為中國(guó)，也是為全世界科學(xué)技術(shù)工作做出巨大的推動(dòng)?！?/br>

　　與會(huì)專家認(rèn)為：與在第一代、第二代半導(dǎo)體材料及集成電路產(chǎn)業(yè)上的多年落后、很難追趕國(guó)際先進(jìn)水平的形勢(shì)不同，我國(guó)在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究工作一直緊跟世界前沿，工程技術(shù)水平和國(guó)際先進(jìn)水平差距不大，已經(jīng)發(fā)展到了從跟蹤模仿到并駕齊驅(qū)、進(jìn)而可能在部分領(lǐng)域獲得領(lǐng)先和比較優(yōu)勢(shì)的階段，并且有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)超越。所以，隨著國(guó)家戰(zhàn)略層面支持力度的加大，特別是我國(guó)在節(jié)能減排和信息技術(shù)快速發(fā)展方面具備比較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，且具有迫切需求和巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，因此我國(guó)將有望集中優(yōu)勢(shì)力量一舉實(shí)現(xiàn)彎道超車和占位領(lǐng)跑。

　　根據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，第三代半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用將催生我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)4億元的潛在市場(chǎng)價(jià)值，屆時(shí)將催生巨大市場(chǎng)應(yīng)用空間。（崔新葉）

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