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，中國也不例外地快馬加鞭進行部署。有專家指出，第三代半導(dǎo)體材料是以低碳和智能為特征的現(xiàn)代人類信息化社會發(fā)展的基石，是推動節(jié)能減排、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，提升新一代信息技術(shù)核心競爭力的決定性因素之一，有著不可替代的支撐作用。那么，這一迅速崛起的第三代半導(dǎo)體材料，能否讓中國掌控新一輪半導(dǎo)體照明發(fā)展的話語權(quán)?
第三代半導(dǎo)體材料雙雄：SiC和GaN
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，從上世紀五六十年代以來，這兩代半導(dǎo)體材料為工業(yè)進步、社會發(fā)展做出了巨大貢獻。如今，以SiC、GaN、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)勢力壓第一、二代半導(dǎo)體材料成為佼佼者，統(tǒng)稱第三代半導(dǎo)體材料。
作為一種新型寬禁帶半導(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)體材料無法比擬的優(yōu)點，具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特點，可實現(xiàn)高壓、高溫、高頻、高抗輻射能力，被譽為固態(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)動機”，尤其是新一代半導(dǎo)體照明關(guān)鍵的器件，具有廣泛的基礎(chǔ)性和重要的引領(lǐng)性。而從目前第三代半導(dǎo)體材料和器件的研究來看，較為成熟的是SiC和GaN半導(dǎo)體材料，而氧化鋅、金剛石、氮化鋁等材料的研究尚屬起步階段。在一番紛紛擾擾之后，SiC和GaN無疑成為第三代半導(dǎo)體材料雙雄，發(fā)展最為迅速。
上世紀90年代之后，GaN進入快速發(fā)展時期，年均增長率達到30%，日益成為大功率LED的關(guān)鍵性材料。此后，GaN也同SiC一起，進軍功率器件市場。2012年，GaN市場中僅有兩三家器件供應(yīng)商，2013年以來，陸續(xù)有很多公司推出新產(chǎn)品，整體市場空間得到了較好擴充。而SiC的商業(yè)化應(yīng)用在21世紀才全面鋪開，但商業(yè)化生產(chǎn)的SiC早在1987年就存在了。與低一級的Si相比，SiC有諸多優(yōu)點：有高10倍的電場強度，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。因為這些特點，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，所以SiC的市場被各產(chǎn)業(yè)界頗為看好。
美日歐爭搶制高點
從國際競爭角度看，美、日、歐等發(fā)達國家已將第三代半導(dǎo)體材料列入國家計劃，并展開全面戰(zhàn)略部署，欲搶占戰(zhàn)略制高點。
如美國，2014年初，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布成立“下一代功率電子技術(shù)國家制造業(yè)創(chuàng)新中心”，期望通過加強第三代半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，使美國占領(lǐng)下一代功率電子產(chǎn)業(yè)這個正在出現(xiàn)的規(guī)模最大、發(fā)展最快的新興市場，并為美國創(chuàng)造出一大批高收入就業(yè)崗位。
日本也建立了“下一代功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)開發(fā)聯(lián)盟”，由大阪大學牽頭，協(xié)同羅姆、三菱電機、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)、大學和研究中心，共同開發(fā)適應(yīng)SiC和GaN等下一代功率半導(dǎo)體特點的先進封裝技術(shù)。
歐洲則啟動了產(chǎn)學研項目“LAST POWER”，由意法半導(dǎo)體公司牽頭，協(xié)同來自意大利、德國等六個歐洲國家的私營企業(yè)、大學和公共研究中心，聯(lián)合攻關(guān)SiC和GaN的關(guān)鍵技術(shù)。項目通過研發(fā)高性價比且高可靠性的SiC和GaN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：建立創(chuàng)新基地加強專利武裝
各國政府都紛紛加緊在該領(lǐng)域的部署，所幸，中國也不例外。而如何憑借這一機遇，使中國掌控新一輪半導(dǎo)體發(fā)展的話語權(quán)，至關(guān)重要。
2015年5月，京津冀就聯(lián)合共建了第三代半導(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，后還與荷蘭代爾夫特理工大學簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，標志著該基地引進國際優(yōu)勢創(chuàng)新資源、匯聚全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才取得新進展。
科技部高新司副司長曹國英表示，第三代半導(dǎo)體聯(lián)合創(chuàng)新基地的建設(shè)對促進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分積極的作用，科技部高新司將會持續(xù)支持第三代半導(dǎo)體的建設(shè)及基地的發(fā)展。
北京市科委主任閆傲霜也認為，建設(shè)第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地，既是國家級的重要戰(zhàn)略部署，也是北京作為全球科技創(chuàng)新中心的一項重要的決策。
此外，在中央政府越來越重視知識產(chǎn)權(quán)保護的今天，產(chǎn)業(yè)界對于第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)問題也極為重視。2015年12月，第三代半導(dǎo)體專利聯(lián)盟成立，并搭建第三代半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新服務(wù)平臺，為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展保駕護航。這是國內(nèi)首個專門針對第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而設(shè)立的專利服務(wù)平臺，將助力知識產(chǎn)權(quán)與科技、資本充分融合，幫助正確處理知識產(chǎn)權(quán)與政府、市場的關(guān)系，助推知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)濟價值充分實現(xiàn)，并在創(chuàng)新驅(qū)動中取得新的進展。
據(jù)東莞市燕園知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)有限公司總經(jīng)理孫銀生律師透露，2014年，全球第三代半導(dǎo)體材料相關(guān)專利已超過10萬件，2015年專利申請量持續(xù)高速增長。
國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)展研究中心副處長孫權(quán)亮指出，知識產(chǎn)權(quán)運營高頻進入頂級政策規(guī)劃，僅2015年，國家共出臺知識產(chǎn)權(quán)運營相關(guān)政策約12項，知識產(chǎn)權(quán)運營未來發(fā)展的政策傾向于以市場化運作為主、鼓勵商業(yè)運作模式創(chuàng)新，并將重點領(lǐng)域放在包括新材料在內(nèi)的知識產(chǎn)權(quán)密集型產(chǎn)業(yè)。
廣東省知識產(chǎn)權(quán)局副局長謝紅也表示，廣東省知識產(chǎn)權(quán)局將會聚焦包括第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不斷加大產(chǎn)業(yè)企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)保護力度，為產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供動力支持，努力支撐高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。
LED產(chǎn)業(yè)專利聯(lián)盟理事長眭世榮在接受本刊記者采訪時也提到，知識產(chǎn)權(quán)問題是關(guān)系到國家從制造大國轉(zhuǎn)向強國過程中，最為重要的抓手和驅(qū)動力，將更加增強全民對自主創(chuàng)新能力的驅(qū)動，而且如果未來第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不重視知識產(chǎn)權(quán)，將會付出血的代價。
有望實現(xiàn)彎道超車
在首屆第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用發(fā)展國際研討會上，科技部副部長曹健林曾表示，“今天的中國，在技術(shù)上已經(jīng)走到了世界前列，更何況中國已經(jīng)是世界上最大的經(jīng)濟體系，我們應(yīng)該與全世界的同行共同來解決面臨的問題，而且隨著中國政府支持創(chuàng)新、鼓勵創(chuàng)新力度的加強，我們更相信中國有能力解決這些問題，這不僅是為中國，也是為全世界科學技術(shù)工作做出巨大的推動。”
此外，與會專家也認為：實際上，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、很難追趕國際先進水平的形勢不同，我國在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究工作一直緊跟世界前沿，工程技術(shù)水平和國際先進水平差距不大，已經(jīng)發(fā)展到了從跟蹤模仿到并駕齊驅(qū)、進而可能在部分領(lǐng)域獲得領(lǐng)先和比較優(yōu)勢的階段，并且有機會實現(xiàn)超越。所以，隨著國家戰(zhàn)略層面支持力度的加大，特別是我國在節(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，因此我國將有望集中優(yōu)勢力量一舉實現(xiàn)彎道超車和占位領(lǐng)跑。
同理，這也或?qū)⑦m用于照明產(chǎn)業(yè)?！爱a(chǎn)業(yè)發(fā)展要從根本抓起，根本就在材料，如果沒有材料做什么都無從抓起。從戰(zhàn)略上講，重視第三代半導(dǎo)體材料是整個國家的需要，站在半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，也是我國發(fā)展新機會，抓得早一點、抓得緊一點，就可能與國際先進水平的差距縮小一點。國家僅僅起到引導(dǎo)和推動的作用，企業(yè)要努力找到成功的途徑。”三星中國區(qū)總經(jīng)理唐國慶在接受媒體采訪時如是說。
根據(jù)預(yù)測，到2020年，第三代半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用將催生我國多個領(lǐng)域均出現(xiàn)上萬億元的潛在市場價值，屆時將催生巨大市場應(yīng)用空間。
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