第三代半导体崛起 中国照明能否弯道超车?

2016-01-04 17:55:24来源: EEWORLD
    近年,以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带化合物为代表的第三代半导体材料在引发全球瞩目,成为全球半导体研究前沿和热点,中国也不例外地快马加鞭进行部署。有专家指出,第三代半导体材料是以低碳和智能为特征的现代人类信息化社会发展的基石,是推动节能减排、转变经济发展方式,提升新一代信息技术核心竞争力的决定性因素之一,有着不可替代的支撑作用。那么,这一迅速崛起的第三代半导体材料,能否让中国掌控新一轮半导体照明发展的话语权?  
 
    第三代半导体材料双雄:SiC和GaN
 
    半导体产业的发展先后经历了以硅(Si)为代表的第一代半导体材料,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料,从上世纪五六十年代以来,这两代半导体材料为工业进步、社会发展做出了巨大贡献。如今,以SiC、GaN、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表的宽禁带半导体材料以更大的优势力压第一、二代半导体材料成为佼佼者,统称第三代半导体材料。
 
    作为一种新型宽禁带半导体材料,第三代半导体材料在许多应用领域拥有前两代半导体材料无法比拟的优点,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点,可实现高压、高温、高频、高抗辐射能力,被誉为固态光源、电力电子、微波射频器件的“核芯”,以及光电子和微电子等产业的“新发动机”,尤其是新一代半导体照明关键的器件,具有广泛的基础性和重要的引领性。而从目前第三代半导体材料和器件的研究来看,较为成熟的是SiC和GaN半导体材料,而氧化锌、金刚石、氮化铝等材料的研究尚属起步阶段。在一番纷纷扰扰之后,SiC和GaN无疑成为第三代半导体材料双雄,发展最为迅速。
 
    上世纪90年代之后,GaN进入快速发展时期,年均增长率达到30%,日益成为大功率LED的关键性材料。此后,GaN也同SiC一起,进军功率器件市场。2012年,GaN市场中仅有两三家器件供应商,2013年以来,陆续有很多公司推出新产品,整体市场空间得到了较好扩充。而SiC的商业化应用在21世纪才全面铺开,但商业化生产的SiC早在1987年就存在了。与低一级的Si相比,SiC有诸多优点:有高10倍的电场强度,高3倍的热导率,宽3倍禁带宽度,高1倍的饱和漂移速度。因为这些特点,使其小至LED照明、家用电器、新能源汽车,大至轨道交通、智能电网、军工航天,都具备优势,所以SiC的市场被各产业界颇为看好。
 
  美日欧争抢制高点
 
    从国际竞争角度看,美、日、欧等发达国家已将第三代半导体材料列入国家计划,并展开全面战略部署,欲抢占战略制高点。
 
    如美国,2014年初,美国总统奥巴马宣布成立“下一代功率电子技术国家制造业创新中心”,期望通过加强第三代半导体技术的研发和产业化,使美国占领下一代功率电子产业这个正在出现的规模最大、发展最快的新兴市场,并为美国创造出一大批高收入就业岗位。
 
    日本也建立了“下一代功率半导体封装技术开发联盟”,由大阪大学牵头,协同罗姆、三菱电机、松下电器等18家从事SiC和GaN材料、器件以及应用技术开发及产业化的知名企业、大学和研究中心,共同开发适应SiC和GaN等下一代功率半导体特点的先进封装技术。
 
    欧洲则启动了产学研项目“LAST POWER”,由意法半导体公司牵头,协同来自意大利、德国等六个欧洲国家的私营企业、大学和公共研究中心,联合攻关SiC和GaN的关键技术。项目通过研发高性价比且高可靠性的SiC和GaN功率电子技术,使欧洲跻身于世界高能效功率芯片研究与商用的最前沿。
 
    中国:建立创新基地加强专利武装
 
    各国政府都纷纷加紧在该领域的部署,所幸,中国也不例外。而如何凭借这一机遇,使中国掌控新一轮半导体发展的话语权,至关重要。
 
    2015年5月,京津冀就联合共建了第三代半导体材料及应用联合创新基地,抢占第三代半导体战略新高地,后还与荷兰代尔夫特理工大学签订战略合作协议,标志着该基地引进国际优势创新资源、汇聚全球创新创业人才取得新进展。
 
    科技部高新司副司长曹国英表示,第三代半导体联合创新基地的建设对促进产业的发展具有十分积极的作用,科技部高新司将会持续支持第三代半导体的建设及基地的发展。
 
  北京市科委主任闫傲霜也认为,建设第三代半导体材料及应用联合创新基地,既是国家级的重要战略部署,也是北京作为全球科技创新中心的一项重要的决策。
 
  此外,在中央政府越来越重视知识产权保护的今天,产业界对于第三代半导体产业的知识产权问题也极为重视。2015年12月,第三代半导体专利联盟成立,并搭建第三代半导体知识产权创新服务平台,为第三代半导体产业创新发展保驾护航。这是国内首个专门针对第三代半导体产业而设立的专利服务平台,将助力知识产权与科技、资本充分融合,帮助正确处理知识产权与政府、市场的关系,助推知识产权经济价值充分实现,并在创新驱动中取得新的进展。
 
  据东莞市燕园知识产权服务有限公司总经理孙银生律师透露,2014年,全球第三代半导体材料相关专利已超过10万件,2015年专利申请量持续高速增长。
 
  国家知识产权局发展研究中心副处长孙权亮指出,知识产权运营高频进入顶级政策规划,仅2015年,国家共出台知识产权运营相关政策约12项,知识产权运营未来发展的政策倾向于以市场化运作为主、鼓励商业运作模式创新,并将重点领域放在包括新材料在内的知识产权密集型产业。
 
  广东省知识产权局副局长谢红也表示,广东省知识产权局将会聚焦包括第三代半导体产业在内的产业发展,不断加大产业企业知识产权保护力度,为产业链企业转型升级提供动力支持,努力支撑高新技术产业的创新发展。
 
  LED产业专利联盟理事长眭世荣在接受本刊记者采访时也提到,知识产权问题是关系到国家从制造大国转向强国过程中,最为重要的抓手和驱动力,将更加增强全民对自主创新能力的驱动,而且如果未来第三代半导体产业不重视知识产权,将会付出血的代价。
 
  有望实现弯道超车
 
  在首届第三代半导体材料及应用发展国际研讨会上,科技部副部长曹健林曾表示,“今天的中国,在技术上已经走到了世界前列,更何况中国已经是世界上最大的经济体系,我们应该与全世界的同行共同来解决面临的问题,而且随着中国政府支持创新、鼓励创新力度的加强,我们更相信中国有能力解决这些问题,这不仅是为中国,也是为全世界科学技术工作做出巨大的推动。”
 
  此外,与会专家也认为:实际上,与在第一代、第二代半导体材料及集成电路产业上的多年落后、很难追赶国际先进水平的形势不同,我国在第三代半导体领域的研究工作一直紧跟世界前沿,工程技术水平和国际先进水平差距不大,已经发展到了从跟踪模仿到并驾齐驱、进而可能在部分领域获得领先和比较优势的阶段,并且有机会实现超越。所以,随着国家战略层面支持力度的加大,特别是我国在节能减排和信息技术快速发展方面具备比较好的产业基础,且具有迫切需求和巨大的应用市场,因此我国将有望集中优势力量一举实现弯道超车和占位领跑。
 
  同理,这也或将适用于照明产业。“产业发展要从根本抓起,根本就在材料,如果没有材料做什么都无从抓起。从战略上讲,重视第三代半导体材料是整个国家的需要,站在半导体照明产业,也是我国发展新机会,抓得早一点、抓得紧一点,就可能与国际先进水平的差距缩小一点。国家仅仅起到引导和推动的作用,企业要努力找到成功的途径。”三星中国区总经理唐国庆在接受媒体采访时如是说。
 
  根据预测,到2020年,第三代半导体技术的应用将催生我国多个领域均出现上万亿元的潜在市场价值,届时将催生巨大市场应用空间。

关键字:LED

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/article_12013.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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