第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、特點及建議

蔡永香

在如今的信息時代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要性愈發(fā)凸顯。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不僅是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)智能化升級的基礎(chǔ)支撐，同時也是推動新興技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。半導(dǎo)體材料是制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料，是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中扮演了舉足輕重的角色，“半導(dǎo)體材料的水平是衡量一個國家精細化工產(chǎn)業(yè)水平的重要標志”，這一說法不無道理。

1 概述

在以硅（Si）為代表的第1代半導(dǎo)體材料、以砷化鎵為代表的第2代半導(dǎo)體材料得到廣泛應(yīng)用之后，當下第3代半導(dǎo)體材料開始活躍在時代的舞臺。第3代半導(dǎo)體材料，主要指以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氮化鋁（AlN）、氧化鋅（ZnO）、氧化鎵（Ga2O3）和金剛石為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，是支撐信息、能源、交通、國防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點新材料，被認為是對未來綜合國力、國防安全具有重大影響的戰(zhàn)略技術(shù)。從第3代半導(dǎo)體材料和器件的研究與應(yīng)用情況來看，當前材料和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展最快的是SiC和GaN半導(dǎo)體材料，而目前對ZnO、金剛石和AlN等的研究僅限于對材料的制備技術(shù)的研究。

SiC和GaN半導(dǎo)體材料主要應(yīng)用為半導(dǎo)體照明器件（LED）、電力電子器件、射頻功率器件、激光器和探測器等4大器件，其中半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅速，已形成百億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。電力電子器件是第3代半導(dǎo)體應(yīng)用市場迅速增長的行業(yè)。GaN射頻器件是第3代半導(dǎo)體最早應(yīng)用的領(lǐng)域，目前是5G基站建的重要射頻器件。在激光器和探測器應(yīng)用領(lǐng)域，GaN基激光器可以覆蓋到很寬的頻譜范圍，實現(xiàn)藍、綠、紫外激光器和紫外探測器的制造。

2 第3代半導(dǎo)體戰(zhàn)略布局

2.1 國外戰(zhàn)略布局

從國際競爭角度看，歐、美、日等發(fā)達國家將第3代半導(dǎo)體列入國家戰(zhàn)略規(guī)劃，國際重要半導(dǎo)體企業(yè)作為第3代半導(dǎo)體技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新主體，已進入全面搶占技術(shù)和產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略制高點階段。

美國2014年初成立“下一代功率電子技術(shù)國家制造業(yè)創(chuàng)新中心”，中心由北卡羅來納州立大學領(lǐng)導(dǎo)，協(xié)同阿西布朗勃法瑞（ABB）集團、科銳（Cree）公司、威訊聯(lián)合半導(dǎo)體（RFMD）公司等超過25家知名公司、大學及政府機構(gòu)進行全產(chǎn)業(yè)鏈合作，計劃通過加強第3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)。值得注意的是，目前美國已經(jīng)不再批準境外資本對美國半導(dǎo)體企業(yè)的并購，目的就是杜絕技術(shù)外流，使美國始終保持對世界半導(dǎo)體技術(shù)的領(lǐng)先地位強制設(shè)置壁壘。最典型的案例是2017年2月，美國政府外來投資審查委員會（CFIUS）強制終止了德國的英飛凌（Infineon）科技股份公司對美國Cree公司（旗下WolfSpeed）的收購案，理由是“收購案將對美國國家安全造成風險”。

日本2013年就將SiC納入“首相戰(zhàn)略”，認為未來50%節(jié)能要通過它來實現(xiàn)，并也建立“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（Rohm）半導(dǎo)體集團、三菱電機（Mitsubishi Electric）株式會社、松下電器（Panasonic）產(chǎn)業(yè)株式會社等18家從事SiC和GaN材料、器件、應(yīng)用技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)、大學和研究中心。

歐洲2010年啟動產(chǎn)學研項目“LASTPOWER”，由意法半導(dǎo)體（ST）公司牽頭，協(xié)同企業(yè)、大學和公共研究中心，聯(lián)合攻關(guān)第3代半導(dǎo)體關(guān)鍵技術(shù)。2014年，歐盟委員會（EU）推出“用于節(jié)能設(shè)備的碳化硅電力電子技術(shù)的“SPEED計劃”，該計劃作為歐盟第七框架計劃（EU FP7）的內(nèi)容之一。

2.2 我國戰(zhàn)略布局

近幾年，我國從中央到地方先后出臺多項關(guān)于第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的利好政策與規(guī)劃。2016年，國家重點研發(fā)專項——戰(zhàn)略性先進電子材料專項中，第3代半導(dǎo)體作為最主要的部分，已連續(xù)3年設(shè)立研發(fā)項目，以期推動我國第3代半導(dǎo)體技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

2.2.1 國家層面

2015年5月8日，國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃，提出了發(fā)展第3代半導(dǎo)體材料的任務(wù)要求，從材料、器件、模塊和應(yīng)用等制定了發(fā)展目標：2025年實現(xiàn)在5G移動通訊、高效能源管理中國產(chǎn)化率達到50%；在新能源汽車、消費類電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，在通用照明市場滲透率達到80%。2016-2017年，在國務(wù)院、國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部、科學技術(shù)部（以下簡稱“科技部”）等部門相繼出臺《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等7項重要規(guī)劃中，均布局了第3代半導(dǎo)體相關(guān)內(nèi)容。

2015年，科技部啟動了“十三五”《國家重點研發(fā)計劃》，其中“戰(zhàn)略性先進電子材料”專項對第3代半導(dǎo)體技術(shù)進行重點部署，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際需求和進程出發(fā)，研發(fā)內(nèi)容覆蓋了材料、器件研發(fā)，到對新能源汽車應(yīng)用、電網(wǎng)應(yīng)用前沿研究全鏈條?！笆奈濉眹抑攸c研發(fā)計劃啟動實施 2021年“新型顯示與戰(zhàn)略性電子材料”重點專項，第3代半導(dǎo)體仍被作為重要方向進行科技布局。2021年3月，科技部正式批復(fù)支持深圳市政府、江蘇省政府共同建設(shè)建設(shè)國家第3代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心，4月19日，蘇州舉行國家第3代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心的揭牌儀式；6月21日，國家第3代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）揭牌，深圳、蘇州、南京3個國家級第3代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心相繼成立。

2.2.2 地方層面

2016-2021年，北京、深圳、廣東、福建、江蘇、浙江、湖南等省市政府先后出臺相關(guān)政策（不包括LED），第3代半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展均被納入地方“十三五”相關(guān)領(lǐng)域規(guī)劃內(nèi)容。各地區(qū)依托當?shù)貎?yōu)勢研究機構(gòu)和企業(yè)，通過推進技術(shù)成果轉(zhuǎn)化、資本投資等多種形式，推動第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，搶占市場先機。目前，全國形成京津冀地區(qū)、長三角地區(qū)、珠三角地區(qū)、福廈泉地區(qū)為主的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

京津冀地區(qū)，形成以北京為中心的SiC產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈上下游，并與位于天津的中國電子科技集團公司第四十六研究所、位于石家莊的中國電子科技集團公司第十三研究所（以下簡稱“中電科13所”）以及位保定的于河北同光晶體有限公司（以下簡稱“同光晶體”）等企業(yè)構(gòu)建了良好合作關(guān)系。長三角地區(qū)，形成以蘇州為核心的GaN產(chǎn)業(yè)集聚，擁有蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司（以下簡稱“蘇州能訊”）、蘇州晶湛半導(dǎo)體有限公司（以下簡稱“蘇州晶湛”）、江蘇能華微電子科技發(fā)展有限公司（以下簡稱“江蘇能華”）、蘇州納維科技有限公司（以下簡稱“蘇州納維”）等眾多企業(yè)。珠三角地區(qū)，以東莞為中心聚集了東莞天域半導(dǎo)體科技有限公司（以下簡稱“東莞天域”）、東莞中鎵半導(dǎo)體科技有限公司（以下簡稱“東莞中鎵”）、比亞迪等SiC企業(yè)。福廈泉地區(qū)，是第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新興聚集區(qū)，廈門聚集的企業(yè)有瀚天天成電子科技（廈門）有限公司（以下簡稱“瀚天天成”）、三安光電公司、華天恒芯半導(dǎo)體（廈門）有限公司、芯光潤澤有限公司等。

3 第3代半導(dǎo)體技術(shù)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

3.1 SiC技術(shù)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

SiC單晶襯底方面，4～6英寸SiC單晶襯底是市場主流。國際上，Cree和貳陸（II—VI）公司率先突破6英寸SiC單晶的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，并實現(xiàn)了批量的銷售；8英寸SiC單晶底已完成實驗室研發(fā)，其中Cree公司單晶質(zhì)量最好，代表了SiC單晶襯底行業(yè)的最高水平。我國北京天科合達半導(dǎo)體股份有限公司（以下簡稱“天科合達”）、山東天岳先進材料科技有限公司（以下簡稱“山東天岳”）均已具備批量生產(chǎn)4英寸SiC單晶襯底的能力，并研制出6英寸SiC單晶襯底。國內(nèi)企業(yè)的4英寸SiC單晶襯底微管密度可控制在1個/cm2，最低可到達0.1個/cm2，6英寸微管密度可以控制在10個/cm2以下，不過國產(chǎn)SiC襯底仍存在單晶性能一致性差、成品率低、成本高等問題，國產(chǎn)高性能襯底自給率仍然較低，占全球的市場份額不到5%。

在SiC外延片方面，由于外延片厚度與器件種類和承受電壓密切相關(guān)，外延層厚度每增加1μm，耐壓增加10V。目前國際上具備供應(yīng)200μm SiC外延晶片的企業(yè)僅有美國Cree、DOW Corning、Ⅱ—Ⅵ和日本昭和電工。我國具備批量制備并銷售外延片的企業(yè)僅有瀚天天成、東莞天域，均已成功批量生產(chǎn)4～6英寸SiC外延片，生長速率為80～100μm/h，100μmSiC外延片缺陷密度已經(jīng)能夠達到0.5/cm2。但是，與國際水平相比，我國厚膜外延片的質(zhì)量仍存在較大差距。

在SiC電力電子器件方面，全球有超過30家公司具有SiC電力電子器件及相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計、制造和銷售能力，最具代表性的企業(yè)是美國Cree、德國Infineon、日本Rohm。我國開展SiC器件布局的企業(yè)有泰科天潤半導(dǎo)體科技（北京）有限公司（以下簡稱“泰科天潤”）、中車時代電氣、中國電子科技集團公司第五十五研究所（以下簡稱“中電科55所”）、中電科13所、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院等，國內(nèi)已具備600～3300V的SiC SBD批量制備能力，并部分形成銷售1 200～1 700V的SiC MOSFET器件尚不具備產(chǎn)業(yè)化能力。

總體來講，全球SiC產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢。其中美國全球獨大，全球SiC材料產(chǎn)量的70%～80%來自美國公司；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈；日本在SiC模塊和應(yīng)用開發(fā)方面絕對領(lǐng)先。我國已具備完整的SiC產(chǎn)業(yè)鏈，SiC相關(guān)企業(yè)已逐步進入國際市場競爭行列。

3.2 GaN技術(shù)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

在GaN單晶襯底方面，GaN無法通過從熔融液相中結(jié)晶的方法生長單晶，只有采用異質(zhì)外延法制備較厚GaN單晶薄膜。日本住友電氣工業(yè)株式會社（以下簡稱“住友電工”）、古河機械和法國Lumilog公司采用HVPE法實現(xiàn)了4英寸GaN單晶襯底小批量制備，其中住友電工成功研制了6英寸GaN單晶襯底，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展。我國蘇州納維20μm厚度2英寸GaN襯底片年產(chǎn)能已達到1 500片，4英寸襯底已推出產(chǎn)品，目前正在開展6英寸襯底片研發(fā)。東莞中鎵已經(jīng)對外供貨330μm、430μm兩種厚度的2英寸GaN襯底產(chǎn)品，并已開發(fā)出4英寸GaN襯底樣品，具備能小批量生產(chǎn)能力。

在GaN外延材料方面，主要是基于藍寶石、Si、SiC等襯底上異質(zhì)外延生長的GaN外延材料。其中，藍寶石基GaN外延主要用于LED制備，是GaN異質(zhì)外延最成熟的技術(shù)；SiC基GaN外延主要用于射頻器件和高功率LED，其外延片已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品主流尺寸為4～6英寸；Si基GaN外延技術(shù)發(fā)展最晚，是中低壓電力電子器件和LED低成本化重要支撐，成為當前GaN異質(zhì)外延技術(shù)發(fā)展的重要方向。目前，美國Nitronex，德國Azzuro和日本住友化學公司等企業(yè)已開始提供制備600V以上電力電子器件的8英寸Si基GaN外延。蘇州晶湛是我國第1家批量生產(chǎn)8英寸GaN外延片的企業(yè)，英諾賽科（珠海）科技有限公司Si基GaN已建成投產(chǎn)。

在GaN基電力電子器件方面，Si基GaN電力電子器件非常適合高頻率、小體積、成本敏感、功率要求低的電源領(lǐng)域。國際上EPC、Transform、GaN system、松下等供應(yīng)商均可提供200V以下和600/650V的器件產(chǎn)品，日本豐田合成株式會社宣布研制成功1 200V的GaN器件，目前，GaN電力電子器件產(chǎn)業(yè)進一步升溫，無人機等消費電子電源、數(shù)據(jù)中心電源、通信電源、電動汽車電源、激光雷達驅(qū)動等領(lǐng)域采用GaN器件，市場規(guī)模將迎來高速增長。國內(nèi)蘇州能訊、江蘇能華、江蘇華功半導(dǎo)體有限公司（以下簡稱“華功半導(dǎo)體”）、杭州士蘭集成電路有限公司等企業(yè)均已布局GaN電力電子器件，但器件性能與國際先進水平有一定差距。

在GaN基射頻器件方面，GaN基射頻器件具有輸出功率密度大、耐高溫、耐輻照等特點，主要用于軍用電子裝備以及民用通信類基站、無線熱點等領(lǐng)域。在民用領(lǐng)域，GaN射頻器件被認為是5G移動通信基站的首選技術(shù)。目前全球約有超過30家企業(yè)從事GaN射頻器件的研發(fā)生產(chǎn)，其中10家左右已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)和商業(yè)化。國際領(lǐng)先的是美國Cree、QORVO和日本Sumitomo Electric三家公司，住友電工和Cree是行業(yè)的龍頭企業(yè)。國內(nèi)GaN射頻器件制造企業(yè)有北京國聯(lián)萬眾、蘇州能訊、成都海威華芯和中電科13所、中電科55所等，其中部分企業(yè)GaN射頻器件已用于華為等移動通信基站。

在紫外LED器件方面，歐司朗（Osram）、Cree、日亞（Nichia）等多家美國、日本企業(yè)均已推出深紫外波段LED器件的量產(chǎn)，在殺菌消毒、空氣凈化、食品加工保鮮、國防與安全等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。在GaN激光器方面，Nichia、Osram走在了國際前列，5W以上功率藍光和1W以上功率綠光激光器已有銷售，342nm紫外激光器實現(xiàn)脈沖激射，但尚不能實現(xiàn)應(yīng)用。在紫外探測器方面，韓國的Genicom公司和日本的Kyosemi公司可以批量供應(yīng)GaN紫外探測器，其中Genicom公司已經(jīng)推出了多款GaN紫外探測器的模塊化應(yīng)用產(chǎn)品，主要用于紫外輻射劑量測量和監(jiān)控。我國可小批量生產(chǎn)2W藍光和60mW綠光激光器，392nm紫外激光器發(fā)光效率達到80mW。在普通非增益GaN紫外探測器方面，國內(nèi)和國外水平相近，增益型日盲波段AlGaN APD增益可達105，成像面陣規(guī)模可以做到256×320以上，但相較國際水平仍有差距。

總體來說，日本主導(dǎo)了國際GaN單晶襯底、異質(zhì)外延和光電器件技術(shù)，并占有GaN單晶襯底絕大部分的市場份額。在GaN射頻器件和電力電子器件領(lǐng)域，美、日等半導(dǎo)體企業(yè)均開展產(chǎn)業(yè)布局，且占有主要市場份額。我國已具備GaN的完整產(chǎn)業(yè)鏈，且半導(dǎo)體照明應(yīng)用領(lǐng)先國際，但電力電子器件、射頻器件方面，尚處于企業(yè)布局、產(chǎn)品研發(fā)階段，產(chǎn)品較國際水平尚有一定差距。

4 第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點

4.1 材料仍是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵環(huán)節(jié)

相較第1代和第2代半導(dǎo)體材料，第3代半導(dǎo)體的材料質(zhì)量相對較差。Si片尺寸已經(jīng)能達到12英寸以上，純凈度達到99.999999999%（11個9）以上。GaAs材料經(jīng)歷了60多年的發(fā)展，材料質(zhì)量非常高。然而GaN和SiC材料的雜質(zhì)濃度和缺陷還都比較高。GaN器件尚且很難實現(xiàn)同質(zhì)外延生長，需要依托在SiC或Si襯底上。SiC襯底材料尚停留在4英寸，6英寸襯底的質(zhì)量還不夠穩(wěn)定，價格非常昂貴。材料質(zhì)量不高和價格高昂成為第3代半導(dǎo)體器件技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的阻礙因素之一。

4.2 第3代半導(dǎo)體器件制備有望與Si半導(dǎo)體工藝融合

受第3代半導(dǎo)體材料尺寸和成本限制，第3代半導(dǎo)體器件以4英寸和6英寸為主，部分在硅片上外延的GaN半導(dǎo)體器件尺寸可以達到8英寸。第3代半導(dǎo)體多數(shù)面向高電壓、高功率的模擬器件或光電子器件，對器件制程工藝節(jié)點要求不高，無須使用60nm以下工藝，目前GaN器件以0.15μm以上工藝為主，SiC器件由于主要面向上千伏高壓應(yīng)用，工藝線寬在0.5μm左右。相比于目前主流的12英寸集成電路制造生產(chǎn)線，4英寸和6英寸生產(chǎn)線的建設(shè)成本較低，且已被市場淘汰的4～6寸硅半導(dǎo)體器件制備工藝線，可以得到重新利用。

4.3 SiC器件IDM模式為主，GaN器件出現(xiàn)精細分工

第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域，SiC器件的企業(yè)多以IDM模式為主，如龍頭企業(yè)美國Cree（Wolfspeed）公司、德國Infineon公司、日本Rohm公司均包括SiC器件設(shè)計到SiC模組完整工藝鏈條，中國泰科天潤公司也是如此。但在GaN領(lǐng)域，美國Qorvo、日本住友電工、中國蘇州能訊等龍頭企業(yè)以IDM模式運營，近年來隨著GaN產(chǎn)品和市場的多樣化，GaN器件IDM企業(yè)如荷蘭恩智浦（NXP）公司、德國Infineon公司、韓國RFHIC將GaN射頻器件委托Cree公司代工，在面向消費電子的GaN電力電子器件方面，美國Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems、德國Dialog等設(shè)計企業(yè)也不斷涌現(xiàn)。

4.4 國際半導(dǎo)體企業(yè)加緊第3代半導(dǎo)體布局

由于第3代半導(dǎo)體具有廣闊的市場前景，國際巨頭企業(yè)紛紛提前布局。一是展開企業(yè)并購。電力電子器件龍頭企業(yè)德國Infineon公司收購美國國際整流器公司（IR），獲得了硅基GaN電力電子器件技術(shù)；Infineon試圖收購美國Cree公司旗下Wolfspeed公司，最終被美國政府以危害國家安全為由予以否決終止；美國安森美24億美元收購仙童公司獲得高壓SiC SBD技術(shù)；美國ADI半導(dǎo)體公司宣布收購位于美國加利福尼亞州Santa Rosa的OneTree Microdevices公司GaN射頻器件技術(shù)。二是加大研發(fā)和投資建設(shè)生產(chǎn)線。在SiC電力電子器件市場，歐洲的Infineon、ST、美國的GE、Wolfspeed、日本的Rohm、三菱等龍頭企業(yè)均加大研發(fā)投入，建設(shè)6英寸SiC器件生產(chǎn)線，提前搶占未來市場。

4.5 核心技術(shù)對中國實行技術(shù)禁運

第3代半導(dǎo)體可用于軍事用途，是有源相控陣雷達、毫米波通信設(shè)備、激光武器、“航天級”固態(tài)探測器、耐超高輻射裝置等軍事裝備中的核心組件，因而受到國際上《瓦森納安排》的出口管制，中國對外收購相關(guān)企業(yè)受到美國等國家的嚴格審查。2016年我國金沙江財團收購美國Lumileds公司、三安光電收購美國GCS公司、宏芯基金收購德國Aixtron公司三起收購案先后被美國外資投資委員會（CFIUS）嚴格審查并以危害國家安全為由予以否決。

5 我國第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)存在問題與未來展望

5.1 發(fā)展瓶頸

5.1.1 第3代半導(dǎo)體材料與器件較發(fā)達國家仍有差距

近年，在國家和地方政府的支持下，我國第3代半導(dǎo)體材料和器件技術(shù)已取得較大突破，成為國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不可忽視的力量。但由于我國第3代半導(dǎo)體材料和器件起步較晚，產(chǎn)品品質(zhì)和一致性、穩(wěn)定性等方面，仍與發(fā)達國家存在一定差距，國產(chǎn)產(chǎn)品的市場占有率不高。

5.1.2 核心專用裝備依賴進口

第3代半導(dǎo)體晶片和器件的制備基本工藝流程同硅基半導(dǎo)體基本一致，部分設(shè)備可以與硅基半導(dǎo)體工藝兼容，但由于第3代半導(dǎo)體材料熔點較高、硬度較大、熱導(dǎo)率較高、鍵能較強的特殊性質(zhì)，核心專用設(shè)備被美國、德國、日本、烏克蘭、意大利半導(dǎo)體設(shè)備廠商壟斷。國內(nèi)除SiC晶體生長爐實現(xiàn)自主研發(fā)國產(chǎn)化外，相關(guān)研究機構(gòu)和企業(yè)所有的其他核心專用裝備（如多線切割機、高溫氧化爐、高溫離子注入機、高溫退火爐等）均為進口設(shè)備。目前中國電子科技集團、北方華創(chuàng)等設(shè)備制造企業(yè)進口設(shè)備基礎(chǔ)上進行仿制，國產(chǎn)化裝備的市場驗證還需較長時間。

5.1.3 企業(yè)亟待提升創(chuàng)新能力和市場競爭力

我國第3代半導(dǎo)體技術(shù)和人才主要集中在北京大學、清華大學、中科院等科研機構(gòu)，我國主要的第3代半導(dǎo)體企業(yè)，如天科合達、山東天岳、東莞天域、中鎵半導(dǎo)體、蘇州納維、同光晶體、華功半導(dǎo)體等，均是政府和市場推動下，由高校院所通過技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化孵化出的創(chuàng)新型企業(yè)。相對于歐、美、日等國際半導(dǎo)體企業(yè)在第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域進行的長期技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)布局，我國第3代半導(dǎo)體企業(yè)規(guī)模小、技術(shù)積累時間短、資本不夠雄厚，在尚處于培育發(fā)展時期的第3代半導(dǎo)體市場競爭中，面臨著人才緊缺、技術(shù)儲備不足、產(chǎn)品市場認可度不高的問題，亟待提升企業(yè)創(chuàng)新能力和市場競爭力。

5.2 發(fā)展機遇

5.2.1 具有國際最大的第3代半導(dǎo)體應(yīng)用市場

我國是國際半導(dǎo)體器件應(yīng)用的大國，同時也是第3代半導(dǎo)體器件的消費大國。就電力電子器件而言，我國是全球最大的高鐵和新能源汽車生產(chǎn)和消費大國，也是全球電力電子器件的重要消耗國，占全球電力電子器件市場40%，市場規(guī)模約為60億美元。在射頻器件方面，5G通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，將大力推動我國GaN射頻技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5.2.2 產(chǎn)品尚處于市場導(dǎo)入期，有望彎道超車

當前，SiC電力電子器件在軌道交通、光伏、電動汽車、白色家電、大數(shù)據(jù)/云計算中等領(lǐng)域開始示范應(yīng)用。GaN射頻器件也開始在移動通信基站中應(yīng)用示范，我國主流通信系統(tǒng)公司華為公司、中興等已開展GaN射頻器件應(yīng)用研究。第3代半導(dǎo)體器件取代Si基器件已取得一定效果。但目前國內(nèi)外第3代半導(dǎo)體器件均處于產(chǎn)品驗證評價階段，尚未進入大規(guī)模推廣期。我國第3代半導(dǎo)體企業(yè)在國際競爭中已具備一定的優(yōu)勢和基礎(chǔ)，有望在政府和市場的推動下實現(xiàn)彎道超車。

5.3 發(fā)展建議

5.3.1 持續(xù)提升自主創(chuàng)新能力，引領(lǐng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展

在國家戰(zhàn)略整體布局下，以國家第3代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)以核心，整合優(yōu)勢區(qū)域如北京、深圳、江蘇等地創(chuàng)新資源，圍繞第3代半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，持續(xù)推進第3代半導(dǎo)體材料、器件以及核心專用裝備的前沿技術(shù)創(chuàng)新，突破核心技術(shù)瓶頸，加快第3代半導(dǎo)體在能源、信息、交通等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵共性技術(shù)開發(fā)，形成自主知識產(chǎn)權(quán)群，引領(lǐng)全國第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力提升。重點開發(fā)大尺寸、高質(zhì)量SiC、GaN等襯底材料制備核心技術(shù)和關(guān)鍵裝備；研發(fā)多品種新型結(jié)構(gòu)SiC、GaN器件，滿足高效大功率電力電子、信息、光電等領(lǐng)域應(yīng)用需求；研制滿足大功率密度特點封裝所需關(guān)鍵材料、技術(shù)與裝備；發(fā)展基于不同應(yīng)用需求的多尺度系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)集成技術(shù)等。

5.3.2 落實第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)政策，加速產(chǎn)業(yè)集聚

第3代半導(dǎo)體已處于市場導(dǎo)入的窗口期，各地政府紛紛出臺扶持政策，應(yīng)把握領(lǐng)先優(yōu)勢，加速推動產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)推動產(chǎn)業(yè)上下游聯(lián)動，規(guī)劃和搭建共性技術(shù)平臺，降低初創(chuàng)型創(chuàng)新企業(yè)風險，提出企業(yè)創(chuàng)新能力。依托國家第3代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心各平臺建設(shè)，盡快落實符合第3代半導(dǎo)體發(fā)展規(guī)律的針對性優(yōu)惠政策，打造第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域服務(wù)平臺，從技術(shù)轉(zhuǎn)移、產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、產(chǎn)業(yè)孵化、金融服務(wù)及配套服務(wù)（產(chǎn)品展示交易、品牌推廣、行業(yè)培訓）等方面入手，優(yōu)化營商環(huán)境，提升企業(yè)落地順義信心，形成產(chǎn)業(yè)集聚。

5.3.3 創(chuàng)新利益設(shè)計機制，構(gòu)建全流程價值鏈

創(chuàng)新利益設(shè)計機制，主動引領(lǐng)和服務(wù)全國產(chǎn)業(yè)發(fā)展，帶動全國、輻射世界的跨學科、跨行業(yè)、跨區(qū)域的第3代半導(dǎo)體創(chuàng)新價值鏈。鼓勵第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域的科研院所、企業(yè)開展高層次、國際化的技術(shù)、人才引進以及國際合作，聚集全球優(yōu)勢資源在京建設(shè)成第3代半導(dǎo)體的研發(fā)、設(shè)計、孵化及標準中心，布局第3代半導(dǎo)體專利戰(zhàn)略和標準建設(shè)；支持有條件的企業(yè)聯(lián)合開拓國際市場、聯(lián)手參與國際競爭，不斷提升我國在第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域的國際地位與產(chǎn)業(yè)競爭力。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.05.002