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              第三代半導(dǎo)體崛起 中國(guó)照明能否彎道超車(chē)?

              2016/1/4 10:50:21 作者: 來(lái)源:《LED市場(chǎng)》雜志
              摘要: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(diǎn),中國(guó)也不例外地快馬加鞭進(jìn)行部署。

                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(diǎn),中國(guó)也不例外地快馬加鞭進(jìn)行部署。有專(zhuān)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(lèi)信息化社會(huì)發(fā)展的基石,是推動(dòng)節(jié)能減排、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,提升新一代信息技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)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(guó)掌控新一輪半導(dǎo)體照明發(fā)展的話語(yǔ)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(jì)五六十年代以來(lái),這兩代半導(dǎo)體材料為工業(yè)進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。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(shì)力壓第一、二代半導(dǎo)體材料成為佼佼者,統(tǒng)稱(chēng)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(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)高壓、高溫、高頻、高抗輻射能力,被譽(yù)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(dòng)機(jī)”,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(lái)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(wú)疑成為第三代半導(dǎo)體材料雙雄,發(fā)展最為迅速。

                上世紀(jì)90年代之后,GaN進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期,年均增長(zhǎng)率達(dá)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(jìn)軍功率器件市場(chǎng)。2012年,GaN市場(chǎng)中僅有兩三家器件供應(yīng)商,2013年以來(lái),陸續(xù)有很多公司推出新產(chǎn)品,整體市場(chǎng)空間得到了較好擴(kuò)充。而SiC的商業(yè)化應(yīng)用在21世紀(jì)才全面鋪開(kāi),但商業(yè)化生產(chǎn)的SiC早在1987年就存在了。與低一級(jí)的Si相比,SiC有諸多優(yōu)點(diǎn):有高10倍的電場(chǎng)強(qiáng)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?yàn)檫@些特點(diǎn),使其小至LED照明、家用電器、新能源汽車(chē),大至軌道交通、智能電網(wǎng)、軍工航天,都具備優(yōu)勢(shì),所以SiC的市場(chǎng)被各產(chǎn)業(yè)界頗為看好。

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                美日歐爭(zhēng)搶制高點(diǎn)

                從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)角度看,美、日、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家已將第三代半導(dǎo)體材料列入國(guó)家計(jì)劃,并展開(kāi)全面戰(zhàn)略部署,欲搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

                如美國(guó),2014年初,美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布成立“下一代功率電子技術(shù)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心”,期望通過(guò)加強(qiáng)第三代半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,使美國(guó)占領(lǐng)下一代功率電子產(chǎn)業(yè)這個(gè)正在出現(xiàn)的規(guī)模最大、發(fā)展最快的新興市場(chǎng),并為美國(guó)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(kāi)發(fā)聯(lián)盟”,由大阪大學(xué)牽頭,協(xié)同羅姆、三菱電機(jī)、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(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的知名企業(yè)、大學(xué)和研究中心,共同開(kāi)發(fā)適應(yīng)SiC和GaN等下一代功率半導(dǎo)體特點(diǎn)的先進(jìn)封裝技術(shù)。

                歐洲則啟動(dòng)了產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目“LAST POWER”,由意法半導(dǎo)體公司牽頭,協(xié)同來(lái)自意大利、德國(guó)等六個(gè)歐洲國(guó)家的私營(yíng)企業(yè)、大學(xué)和公共研究中心,聯(lián)合攻關(guān)SiC和GaN的關(guān)鍵技術(shù)。項(xiàng)目通過(guò)研發(fā)高性?xún)r(jià)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(guó):建立創(chuàng)新基地加強(qiáng)專(zhuān)利武裝

                各國(guó)政府都紛紛加緊在該領(lǐng)域的部署,所幸,中國(guó)也不例外。而如何憑借這一機(jī)遇,使中國(guó)掌控新一輪半導(dǎo)體發(fā)展的話語(yǔ)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(xué)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議,標(biāo)志著該基地引進(jìn)國(guó)際優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新資源、匯聚全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才取得新進(jìn)展。

                科技部高新司副司長(zhǎng)曹?chē)?guó)英表示,第三代半導(dǎo)體聯(lián)合創(chuàng)新基地的建設(shè)對(duì)促進(jìn)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(huì)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(rèn)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(guó)家級(jí)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(xiàng)重要的決策。

                此外,在中央政府越來(lái)越重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的今天,產(chǎn)業(yè)界對(duì)于第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題也極為重視。2015年12月,第三代半導(dǎo)體專(zhuān)利聯(lián)盟成立,并搭建第三代半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái),為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展保駕護(hù)航。這是國(guó)內(nèi)首個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而設(shè)立的專(zhuān)利服務(wù)平臺(tái),將助力知識(shí)產(chǎn)權(quán)與科技、資本充分融合,幫助正確處理知識(shí)產(chǎn)權(quán)與政府、市場(chǎng)的關(guān)系,助推知識(shí)產(chǎn)權(quán)經(jīng)濟(jì)價(jià)值充分實(shí)現(xiàn),并在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)中取得新的進(jìn)展。

                據(jù)東莞市燕園知識(shí)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(zhuān)利已超過(guò)10萬(wàn)件,2015年專(zhuān)利申請(qǐng)量持續(xù)高速增長(zhǎng)。

                國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局發(fā)展研究中心副處長(zhǎng)孫權(quán)亮指出,知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營(yíng)高頻進(jìn)入頂級(jí)政策規(guī)劃,僅2015年,國(guó)家共出臺(tái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營(yíng)相關(guān)政策約12項(xiàng),知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營(yíng)未來(lái)發(fā)展的政策傾向于以市場(chǎng)化運(yùn)作為主、鼓勵(lì)商業(yè)運(yùn)作模式創(chuàng)新,并將重點(diǎn)領(lǐng)域放在包括新材料在內(nèi)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)密集型產(chǎn)業(yè)。

                廣東省知識(shí)產(chǎn)權(quán)局副局長(zhǎng)謝紅也表示,廣東省知識(shí)產(chǎn)權(quán)局將會(huì)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(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度,為產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供動(dòng)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(zhuān)利聯(lián)盟理事長(zhǎng)眭世榮在接受本刊記者采訪時(shí)也提到,知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題是關(guān)系到國(guó)家從制造大國(guó)轉(zhuǎn)向強(qiáng)國(guó)過(guò)程中,最為重要的抓手和驅(qū)動(dòng)力,將更加增強(qiáng)全民對(duì)自主創(chuàng)新能力的驅(qū)動(dòng),而且如果未來(lái)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不重視知識(shí)產(chǎn)權(quán),將會(huì)付出血的代價(jià)。

                有望實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)

                在首屆第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用發(fā)展國(guó)際研討會(huì)上,科技部副部長(zhǎng)曹健林曾表示,“今天的中國(guó),在技術(shù)上已經(jīng)走到了世界前列,更何況中國(guó)已經(jīng)是世界上最大的經(jīng)濟(jì)體系,我們應(yīng)該與全世界的同行共同來(lái)解決面臨的問(wèn)題,而且隨著中國(guó)政府支持創(chuàng)新、鼓勵(lì)創(chuàng)新力度的加強(qiáng),我們更相信中國(guó)有能力解決這些問(wèn)題,這不僅是為中國(guó),也是為全世界科學(xué)技術(shù)工作做出巨大的推動(dòng)?!?/p>

                此外,與會(huì)專(zhuān)家也認(rèn)為:實(shí)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(guó)際先進(jìn)水平的形勢(shì)不同,我國(guó)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(guó)際先進(jìn)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(jìn)而可能在部分領(lǐng)域獲得領(lǐng)先和比較優(yōu)勢(shì)的階段,并且有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)超越。所以,隨著國(guó)家戰(zhàn)略層面支持力度的加大,特別是我國(guó)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(chǎng),因此我國(guó)將有望集中優(yōu)勢(shì)力量一舉實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)和占位領(lǐng)跑。

                同理,這也或?qū)⑦m用于照明產(chǎn)業(yè)。“產(chǎn)業(yè)發(fā)展要從根本抓起,根本就在材料,如果沒(méi)有材料做什么都無(wú)從抓起。從戰(zhàn)略上講,重視第三代半導(dǎo)體材料是整個(gè)國(guó)家的需要,站在半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè),也是我國(guó)發(fā)展新機(jī)會(huì),抓得早一點(diǎn)、抓得緊一點(diǎn),就可能與國(guó)際先進(jìn)水平的差距縮小一點(diǎn)。國(guó)家僅僅起到引導(dǎo)和推動(dòng)的作用,企業(yè)要努力找到成功的途徑。”三星中國(guó)區(qū)總經(jīng)理唐國(guó)慶在接受媒體采訪時(shí)如是說(shuō)。

                根據(jù)預(yù)測(cè),到2020年,第三代半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用將催生我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域均出現(xiàn)上萬(wàn)億元的潛在市場(chǎng)價(jià)值,屆時(shí)將催生巨大市場(chǎng)應(yīng)用空間。


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