本报记者刘慧
年7月底,美国和日本宣布成立下一代半导体研究中心,将研究开发2纳米芯片技术。日本经济产业大臣萩生田光一表示,“半导体研究中心将对志同道合的国家开放。”半导体行业“一石激起千层浪”。
当前,第三代半导体产业发展得如火如荼,在现代工业、通信等领域都有巨大的应用前景。苏州、长沙、合肥、南昌等地都在布局半导体产业园,希望提高在全球的竞争力。接受中国经济时报记者采访的人士表示,全球范围内,美国、欧洲、日本、中国在第三代半导体发展上处于“四足鼎立”状态。
第三代半导体技术加速进步
第三代半导体材料,又称宽禁带半导体材料,发展较为成熟的是碳化硅和氮化镓材料。除了新能源汽车,碳化硅和氮化镓功率器件在工业控制、电力、轨道交通、消费电子等方面有广泛应用。
美日欧为了抢占第三代半导体技术的战略制高点,从年就开始通过国家级创新中心、联合研发等形式,实现了第三代半导体技术的加速进步。第三代半导体的市场需求也持续攀升,在全球范围掀起投资热潮。
以全球第三代半导体产业的龙头企业为例,美国Cree继续深化在SiC晶圆和射频器件领域的优势,年投资10亿美元用来扩大SiC产能,包括整合一座8英寸晶圆厂和一座SiC材料工厂,并收购英飞凌射频功率事业部。英飞凌出售射频功率业务后,专注在汽车和功率半导体市场,年收购SiC企业Sil?tectra,年以90亿欧元并购赛普拉斯半导体,通过合并,英飞凌将成为第一大汽车芯片供应商。
年意法半导体与台积电达成合作,加速氮化镓制程技术开发,将分立式与集成式氮化镓元件导入市场。年,美国雷神公司与世界第三大晶圆代工厂格芯签约,合作开发新型硅基氮化镓半导体,为5G和6G移动和无线基础设施带来更先进的射频性能。
中国第三代半导体产业链比较完整
中国年开始部署对第三代半导体的研究。年,中国科学院物理研究所陈小龙团队与天科合达合作,研制出6英寸碳化硅晶片,年实现6英寸晶片规模化生产和销售。年天科合达启动8英寸晶片研发工作。而美国Cree在年已投资建设8英寸晶片产线。从2英寸、4英寸到6英寸SiC单晶衬底,陈小龙团队通过10多年的自主研发,使国内SiC晶圆与国外的技术差距逐步缩小。
苏州纳维科技有限公司在年研制出第一片2英寸氮化镓晶片,年实现量产。年美国加州大学研究组在《应用物理》杂志上评价国际上2英寸氮化镓单晶产品质量,苏州纳维的2英寸氮化镓名列第一。
苏州晶湛半导体有限公司年发布8英寸硅基GaN外延片。年,英诺赛科(珠海)科技有限公司的8英寸硅基氮化镓生产线通线投产,成为国内首条实现量产的8英寸硅基氮化镓生产线。同年,杭州士兰微电子股份有限公司打通6英寸硅基氮化镓功率器件中试线。聚能晶源(青岛)半导体材料有限公司年研制出达到全球领先水平的8英寸硅基GaN外延片。
苏州工业园负责人对本报记者表示,全球范围内,美国、欧洲、日本、中国在第三代半导体发展上处于“四足鼎立”状态。欧洲的第三代半导体企业主要集中在应用端,日本在第三代半导体晶圆制造上有深厚的积累。中国第三代半导体的产业链比较完整,诞生了一批材料(天岳、晶湛、纳维、瀚天天成)、制造(中电科、士兰微、积塔)、器件模组(斯达、三安、悉智)公司。国内第三代半导体重点企业集中在长三角、珠三角、闽三角、京津冀、中西部地区。京津冀地区以高校、科研院所为主体,研发实力较强,基础研究居多。长三角地区以材料、晶圆制造、封装、器件为主,是全国第三代半导体产业链最为完整的区域。珠三角及闽三角地区以LED照明和新型显示为主,形成了产业特色。中西部地区以航空航天和国防军工需求为主体。
第三代半导体产业集群多点开花
据第三代半导体产业技术创新战略联盟(CA?SA)统计,年,中国SiC、GaN电力电子和微波射频产值超过60亿元。年中国GaN微波射频产值规模近38亿元,相比SiC、GaN电力电子器件,其产值更高。
记者查阅资料发现,中国SiC、GaN电力电子器件主要应用于新能源汽车、消费类电源和工商业电源应用。在消费电子方面,GaN快充电源作为新应用带来较大的市场,小米、OPPO、华为等手机厂商相继推出GaN快充。在新能源汽车方面,比亚迪、吉利、一汽集团、江淮汽车、长城汽车等车企都在新能源汽车中采用SiC。SiC电力电子器件正加速进军轨道交通领域。GaN射频器件主要应用在军工雷达和5G基站,华为、诺基亚、中兴的多数5G基站已采用GaN的PA器件。
年,中鸿新晶第三代半导体产业集群项目签约落地,投资总额为亿元,计划3年内完成第三代半导体产业集群初步建设。三安光电宣布,在长沙投资建设第三代半导体研发及产业化项目,投资总额亿元。露笑科技宣布,在合肥投资建设第三代功率半导体(碳化硅)产业园,投资总规模预计亿元。江西康佳半导体高科技产业园落户南昌,总投资亿元。苏州工业园有世界级的大科学装置——纳米真空互联实验站,还有微纳制造中试平台,按照芯片代工厂标准打造。苏州纳米城将引进第三代半导体高端项目,打造第三代半导体产业创新集群。