前言:
在全球經(jīng)濟發(fā)展一體化的情況下,,科技大國之間的博弈極易對科技領(lǐng)域發(fā)展起到重大影響。
中國正在規(guī)劃制定一套全面的新政策,,以發(fā)展本國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),應(yīng)對美國政府的限制,。
即將大力發(fā)展的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)
我國計劃把大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),,寫入正在制定中的“十四五”規(guī)劃,計劃在2021-2025年期間,,在教育,、科研、開發(fā),、融資,、應(yīng)用等各個方面,大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),,以期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)獨立自主,,不再受制于人。
半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)過近六十年的發(fā)展,,目前已經(jīng)發(fā)展形成了三代半導(dǎo)體材料,,第一代半導(dǎo)體材料主要是指硅、鍺元素等單質(zhì)半導(dǎo)體材料,;第二代半導(dǎo)體材料主要是指化合物半導(dǎo)體材料,,如砷化鎵、銻化銦,;第三代半導(dǎo)體材料是寬禁帶半導(dǎo)體材料,,其中最為重要的就是SiC和GaN。
按業(yè)內(nèi)定義,,第三代半導(dǎo)體材料是指帶隙寬度明顯大于硅(Si)的寬禁帶半導(dǎo)體材料,,主要包括碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN),、金剛石等,,因其禁帶寬度大于或等于2.3電子伏特,又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料,。
其具有高熱導(dǎo)率,、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點可以滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對高溫,、高功率,、高壓、高頻以及高輻射等惡劣條件的新要求,。
與前兩代相比,,第三代半導(dǎo)體材料在分子結(jié)構(gòu)方面顯得更加優(yōu)越,不但可以降低50%以上的能量損失,而且還可以使裝備體積減小75%以上,。
第三代半導(dǎo)體更重要的意義是在功率器件領(lǐng)域,,通過其特殊的材料特性,改進相關(guān)芯片及器件性能,。
第三代半導(dǎo)體與國際差距沒有一,、二代半導(dǎo)體明顯。先發(fā)優(yōu)勢是半導(dǎo)體行業(yè)的特點,,比如碳化硅SiC,,國產(chǎn)廠商研究起步時間與國外廠商相差不多,因此國產(chǎn)廠商有希望追上國外廠商,,完成國產(chǎn)替代,。
未來三年,SiC材料將成為IGBT和MOSFET等大功率高頻功率半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料,,被廣泛用于交流電機,、變頻器、照明電路,、牽引傳動領(lǐng)域,。預(yù)計到2022年SiC襯底市場規(guī)模將達到9.54億元。
未來隨著5G商用的擴大,,現(xiàn)行廠商將進一步由原先的4G設(shè)備更新至5G,。5G基地臺的布建密度更甚4G,而基地臺內(nèi)部使用的材料為GaN材料,,預(yù)計到2022年GaN襯底市場規(guī)模將達到5.67億元,。
第三代已上升到國家戰(zhàn)略層面
2015-2016年,國家科技重大轉(zhuǎn)型對第三代半導(dǎo)體功率器件的研制和應(yīng)用立項,。
2016年,,國務(wù)院就印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》,啟動一批面向2030年的重大項目,,第三代半導(dǎo)體被列為國家科技創(chuàng)新2030重大項目“重點新材料研發(fā)及應(yīng)用”,。
此外,“中國制造2025”計劃中明確提出要大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),,要求2025年實現(xiàn)在5G通信,、高效能源管理中的國產(chǎn)化率達到50%;在新能源汽車,、消費電子中實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用,,在通用照明市場滲透率達到80%以上,。
8月4日,,國務(wù)院公開發(fā)布《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》強調(diào),集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的核心,,是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量,,其中重點強調(diào),,中國芯片自給率要在2025年達到70%。
我國《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015—2020年)》規(guī)劃,,到2020年我國分散式充電樁的目標(biāo)是超過480萬個,,以滿足全國500萬輛電動汽車充電需求,車樁比近1∶1,。充電模塊是充電樁的核心部件,,其成本占設(shè)備總成本的50%。
第三代半導(dǎo)體材料無論在軍事領(lǐng)域還是民用都有廣泛的用途,,國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)政策中多次提到以碳化硅,、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體器件,寫入“十四五”規(guī)劃也是早有跡象,。
第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略意義非凡,,但國內(nèi)該產(chǎn)業(yè)仍處起步階段,在研發(fā),、生產(chǎn)方面明顯落后于美日歐,,隨著國家將其納入“十四五”規(guī)劃,政策利好必將引爆產(chǎn)業(yè)投資熱潮,。
中國半導(dǎo)體行業(yè)危機猶存
中國半導(dǎo)體行業(yè)的危機不是處在中下游,,而是出在上游。如果沒有好的原材料和精密的設(shè)備,,即使在制造階段設(shè)計的再完美,,操作的再精準,也很難和國際頂尖的產(chǎn)品進行競爭,。
上游的半導(dǎo)體原料被日本企業(yè)信越和SUMCO壟斷,,兩家?guī)缀跽剂耸袌龇蓊~的65%。而在半導(dǎo)體制造設(shè)備方面位于前列的則是美國,、日本和荷蘭的企業(yè),,在筆者的記憶里,這個領(lǐng)域排名前十的企業(yè)全是這三個國家的,,其所占的市場總份額達到了市場的九成,。
而隨著中美關(guān)系的惡化,中國企業(yè)從海外采購零部件和芯片制造技術(shù)正面臨越來越多的困難,。
而且隨著物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動的新計算時代的發(fā)展,對半導(dǎo)體器件的需求日益增長,,對器件可靠性與性能指標(biāo)的要求也更加嚴苛,。
以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體開始逐漸受到市場的重視,國際上已形成完整的覆蓋材料、器件,、模塊和應(yīng)用等環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈,,全球新一輪的產(chǎn)業(yè)升級已經(jīng)開始。
中國2020年芯片進口預(yù)計將連續(xù)第三年保持在3000億美元以上,。而根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,,中國芯片自給率2019年僅為30%左右?!?/p>
或成國產(chǎn)化重要抓手
目前,,第三大半導(dǎo)體材料市場呈現(xiàn)出美日歐玩家領(lǐng)先的格局,相比之下,,中國的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)稍顯貧弱,,在技術(shù)領(lǐng)先度、市場份額占比等方面較落后,。
細究美日歐第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先的原因,,離不開美日歐政府的政策推動,這些國家更早地意識到了第三代半導(dǎo)體材料在通信,、軍工,、航空航天等領(lǐng)域的戰(zhàn)略意義,并較早地開始了有針對性的布局,。
近些年來,,中國的對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重視亦已凸顯,不論是新基建對5G,、集成電路的重視,,還是兩期國家大基金的成立,都為芯片產(chǎn)業(yè)提供了土壤,,也將惠及半導(dǎo)體材料的創(chuàng)新,。
但是,盡管我國在第三代半導(dǎo)體材料的布局方面稍顯落后,,但并未遭遇“卡脖子”的情況,。
另外,我國第三代半導(dǎo)體器件市場有著巨大的增長空間,,或能成為倒逼上游材料發(fā)展的一大動力,。
隨著全球通信、新興的電子科技繼續(xù)發(fā)展,,對第三代半導(dǎo)體材料的市場需求必將繼續(xù)增長,。盡管其占據(jù)市份不足5%,但從另一個角度來看,,這亦代表著第三大半導(dǎo)體材料市場是一片有巨大潛在增量空間的藍海,。
今年將編制“十四五”期間大數(shù)據(jù),、軟件、信息通信等產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,,消息指出,,2020年是開啟國家“十四五”新征程的基礎(chǔ)之年,,工信部將高質(zhì)量編制“十四五”期間大數(shù)據(jù),、軟件、信息通信等產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,。
隨著第三代半導(dǎo)體材料的成本因生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升而下降,,其應(yīng)用市場也將迎來爆發(fā)式增長,給半導(dǎo)體行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇,。
未來,,新能源汽車、5G通信,、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域都將規(guī)模應(yīng)用第三代半導(dǎo)體,,隨著中國在高科技領(lǐng)域的領(lǐng)跑,第三代半導(dǎo)體發(fā)展可以換道超車,。
結(jié)尾:
在這樣的大背景下,,時值我國第十三個五年計劃臨近尾聲,第十四個五年計劃的編制工作正在啟動,,我國將國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展寫入下一個5年計劃的規(guī)劃中顯得順理成章,。
中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展是非常有必要,國內(nèi)崛起也必將大力發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),,以保證中國的電子信息產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展,。