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第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲:我国第三代半导体产业发展思考

发布时间:2022-03-17发布人:

第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲:我国第三代半导体产业发展思考


新一轮科技革命与产业变革正在创造历史性机遇。第三代半导体具备高效、高频、耐高压、耐高温等特性,是推动移动通信、新能源汽车、高速列车、智能电网等产业创新发展和基础能力提升的新引擎,是实现“双碳”目标和保障国家产业安全的重要支撑。

虽然面临复杂的外部环境,但多因素促进我国第三代半导体产业逆势上涨。近日,在由第三代半导体产业技术创新战略联盟、中关村半导体照明工程研发及产业联盟主办的“2021第三代半导体创新发展峰会”上,第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲做了题为“我国第三代半导体产业发展思考”的主题报告,深入分享了当前我国第三代半导体产业的发展现状、面临机遇和挑战,并提出对未来产业发展的几点思考与建议。

现状

在“十二五”、“十三五”国家科技计划支持下,我国初步建立了从上游材料(氮化镓、碳化硅等)、中游器件(光电、射频、功率器件等)到下游应用(照明与显示、5G通信、新能源汽车、高速列车、新型电力系统等)的全创新链和产业链,产业从无到有,国产化能力不断提升。

半导体照明自主可控,光电子与微电子深度融合,跨界创新应用有望引领发展。我国是全球最大的半导体照明制造、出口、应用国,2021年产值7773亿元,芯片国产化率超过80%;产业发展从光效驱动转向品质驱动、成本驱动,从蓝光(白光)转向深紫外等更短波长,和绿光、黄光,甚至红光等长波长;从标准结构转向小间距Mini/Micro-LED,开启高度集成半导体信息显示技术新变革。

微波射频领域开始国产替代,部分技术达到国际先进水平。5G通信移动基站用GaN射频器件实现6GHz以下产品小批量供应,2020年国内宏站用氮化镓射频器件国产化率超过20%;预计2023年进入毫米波频段商用,集成功放、低噪放、开关功能,这方面国内目前还不具备产业化能力;6G已启动预研,太赫兹频段进入技术论证和研究阶段,预计2030年实现商用。

电力电子应用虽然需求迫切,但是产业化与国际差距较大。在“双碳”战略带动下,以新能源汽车、高速铁路、新能源为主体的新型电力系统、5G通信和数据中心等为主的应用对碳化硅、氮化镓电力电子器件的需求非常明确,新能源汽车和PD快充未来五年应用市场的年复合增长率将超过50%。 虽然我们进步很快,但距离产品好用、产业化形成规模,技术水平仍落后国外约5年左右。SiC单晶衬底虽已实现4英寸产业化、6英寸小批量供货,部分打破国际垄断,但目前国产化率不到5%,车规级、电网级功率电子材料和器件基本全部依赖进口。

机遇

当前,国内第三代半导体产业迎来战略机遇期,主要体现在以下几方面:一是新型电力系统、高铁、新能源汽车,5G/6G通信、半导体照明及超越照明、工业电机及消费电子市场等市场启动,应用需求驱动技术创新。二是在产业界、学术界多年努力下,国内与国际先进水平差距不大,国际半导体产业和装备巨头还未形成专利、标准和规模的垄断,我国有机会实现超越。三是与集成电路相比,第三代半导体投资门槛不高,对工艺尺寸线宽、设计复杂度、装备精密制造要求相对较低。四是近年来我国的精密加工制造技术和配套能力迅速提升,并且具有一定的基础,具备开发并逐步主导该产业的能力和条件。

挑战

半导体新材料正在重塑全球半导体产业竞争新格局,在产业链、创新链、生态链上都面临挑战。

产业链方面,缺乏产业级的先进材料研发,碳化硅籽晶和单晶生长工艺控制技术与国际有5年左右差距;介质材料、高温高能量等工艺不成熟,芯片制造能力弱、产能不足,良率低、成本高、可靠性差;设计与系统应用的匹配性不够,上下游联动迭代不够,在系统中成本占比低,性能和可靠性要求高,器件进入应用供应链难度大、周期长,产业化能力提升缓慢;国产装备以仿制为主,大部分处于原型样机阶段,技术引领性不足,处于跟跑状态。检测设备基本全部依赖进口,短期内无法国产化替代。

创新链方面,基础研究的应用需求导向不足,缺乏长期可持续、大投入的中早期基金支持;共性关键技术方面,缺乏开放的、体制机制创新的公共研发平台,缺乏材料和装备的中试平台,缺乏有能力满足企业需求的服务平台;产业化技术方面,知识产权和标准体系薄弱,重“科”轻“技”,研产脱节,产业升级转型专业技术门槛高。

生态链方面,产业创新体系和生态不完善。研发分散、投入不够,缺乏稳定持续支持;原始创新和应用创新能力较弱;研发周期长,技术更新快,各层次人才规模不够,高端和战略性人才急缺;面临国际技术禁运和封锁;企业小而散,无序竞争,产业同质化严重、集中度低;财政资金与社会资本脱节,缺乏优惠政策对民间资本的引导,存在政府、市场双失灵现象。

几点思考

吴玲指出,我国第三代半导体产业发展需要思考如何统筹规划,形成发展合力,要大胆探索新型举国体制,建立开放创新、可持续发展平台和利益共享、风险共担、链条打通的创新共同体。未来,联盟将继续推动创新体系和创新生态建设,促进产学研深度融合,加快迭代研发,在推动组织“百城亿芯”示范应用、支撑地方及区域特色产业集群发展、探索科技金融链网模式加快科技金融结合、加强精准深入的国际合作等方面开展工作,携手产业界同仁,凝心聚力、砥砺奋进,共同推动我国第三代半导体产业迈上新台阶、实现新跨越。

 


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