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第三代半导体风口下,爱集微论坛大咖共话本土产业突破

来源:爱集微

#第三代半导体#

06-10 19:31

集微网消息(文/思坦),每一次产业变革的背后,都离不开技术与资本的角力,当摩尔定律不再主宰半导体世界,谁将扛起下一代技术革命的重任?第三代半导体材料,或许是其中的一个答案。

第三代半导体产业风起了,这是2020年以来,无论是资本市场亦或是产业内部,逐渐达成的一种共识。以小米等国产手机品牌的氮化镓快充为始,特斯拉主驱引入碳化硅MOSFET为承,再以“十四五规划”为重要节点,第三代半导体产业发展,终于迎来了爆发点。

6月10日,由爱集微主办,上海张江高科协办的《后摩尔时代下第三代半导体的技术趋势》正式举行,来自第三代半导体产业链各环节厂商,电动车、快充、新型新显示厂商,以及产业研究学者,行业分析师等齐聚一堂,为本土第三代半导体产业突破寻找路径。

爱集微创始人兼董事长老杳在开场致辞中表示,“投资越来越多、企业估值越来越高的同时,我们也要认识到,国内第三代半导体产业仍然面临着制造设备、人才短缺等限制,需要产业各方携手实现技术和市场突破。”

老杳开场致辞/集微网

碳中和、新基建红利到来 第三代半导体风起

本次论坛,首先就当前第三代半导体材料遇到的时代性机遇,以及碳化硅、氮化镓两大材料的应用前景,展开了探讨。

CASA秘书长、中国电机工程学会会员于坤山教授在题为《第三代半导体助力能源互联网技术发展》的演讲中表示,第三代半导体是助力社会节能减排并实现“碳中和”目标的重要发展方向。在此背景下,产业正在开启发展加速度,有望成为绿色经济的中流砥柱。

于坤山发表演讲/集微网

从能源互联网中的应用前景来看,与第三代半导体相关的领域有:能源互联网(高压)、微网(中压),用电侧、独立供电系统。其中,车用逆变器和车载充电器、国防军工、轨道交通、基站和数据中心电源、光伏逆变器是最具潜力的应用市场。

仍在如火如荼展开的“新基建”,同样为第三代半导体应用扩容。集微咨询高级分析师陈跃楠在题为《新基建风口下,第三代半导体的发展趋势和投资机遇》中提到,新基建中主要用到氮化镓和碳化硅,主要应用领域包括5G基站、新能源汽车、特高压、轨道交通。

陈跃楠发表演讲/集微网

未来三年,碳化硅材料将成为大功率高频功率半导体器件如IGBT和MOSFET的基础材料,被广泛用于交流电机、变频器、照明电路、牵引传动领域。预计到2022年碳化硅衬底市场规模将达到9.54亿元。

随着5G商用的扩大,现行厂商将进一步由原先4G设备更新至5G基础建设,5G基站的布建密度将更甚4G,而基站内部使用的材料为氮化硅材料,预计到2022年氮化硅衬底市场规模将达到5.67亿元。

具体到碳化硅、氮化镓两大材料,泰科天润半导体科技(北京)有限公司营销副总秋琪认为,缺货浪潮为国产碳化硅器件切入创造机会,到2025年全球碳化硅市场将会增加到60.4亿美元,到2028年市场增长5倍。

氮化镓方面,国立阳明交通大学教授、美国电机电子工程学会会士、美国光学工程学会会士郭浩中在题为《氮化镓在光电领域的应用前景》的演讲中表示,目前第三代半导体材料已经凭借其耐高压、高频等特点得到业界大量采用,在Mini/MicroLED的产业化应用也逐步开启。

郭浩中通过现场连线发表演讲/集微网

近两年,Mini/Micro-LED来成为时下热门话题,主要也得益于三星的“the Wall”系列电视在CES2018上得到了很好展示。但除了电视以外,郭浩中指出,Mini LED在车用和LCD背光模组中受到广泛采用,而Micro LED适合更精密的显示需求,比如Apple Watch、AR/VR应用。他认为,MiniLED技术在AR/VR上拥有更大的优势。

技术难点攻克仍需加速 价格把握渗透率命脉

半导体产业的每一项技术和材料的突破,都将面临重重阻碍。第三代半导体材料犹是。

例如微纳级别的碳化硅芯片制造,秋琪在题为《碳化硅芯片制造为何这么难?》的演讲中比喻这一过程为“在头发丝里面盖房子”,且“巨大数量的房子,都要盖得几乎一模一样”。

秋琪发表演讲/集微网

秋琪指出,在电力电子领域,最大的颠覆性变革就是碳化硅Mos取代硅IGBT,而碳化硅和硅器件在工艺上的典型区别主要在于硬、脆、透明,且作为化合物,缺陷多、需要硅和碳双元素控制,使得其制造难度再次升级。

具体到各环节上,芜湖启迪半导体有限公司研发副总纽应喜在题为《碳化硅材料外延生长技术进展》的演讲中分析认为,在高压领域的碳化硅外延技术上,目前存在的问题主要是:均匀性较差,尤其是掺杂浓度;缺陷比较多,尤其是三角形;少子寿命比较低,约2us。

纽应喜发表演讲/集微网

对此,纽应喜提出建议,在晶体段:优化技术,扩大6英寸产能、降低成本,突破8英寸技术攻关;外延端:8英寸外延生长技术及设备的研制,针对高压领域,突破厚膜外延产业化技术;芯片端:加快高端车规级产品的量产技术。

而在氮化镓相关的Mini/MicroLED商业化方面,郭浩中表示,当前仍面临着LED显示效率低、巨量转移问题,最大挑战依然是饱和度问题,除此之外,Micro LED要实现商业化还需解决成本的问题。

郭浩中援引镎创CEO李允立博士的话称, “2025年MicroLED的价格预计将降至现价的二十分之一,即成本约降9成”。2020-2025年仍会是MicroLED的研发试量产期,还不是量产的时间,这应该与AR/VR应用爆发的时间点接近。届时QD和QNED技术将得到大量采用。

陈跃楠也指出,氮化硅以及碳化硅器件由于技术还不成熟,成本较高,分别只占据了8.7%和4.5%的市场份额。尤其是碳化硅电力电子器件,由于产品供不应求,目前是同规格硅器件的5-10倍左右,按照行业标准,碳化硅、氮化镓电力电子器件价格只有下降到硅产品价格的2-3倍,才能被市场广泛接受,下游市场渗透率才能大幅提升。

海内外技术积累差距明显 本土厂商奋起直追

后摩尔时代的大门正在缓缓敞开,广阔市场近在眼前,但只有有所储备的人才有机会乘风破浪。本土厂商准备好了吗?

对此,爱集微副总兼嘉勤知识产权总经理畅文芬发表了题为《本土厂商第三代半导体的专利布局现状和国际大厂的差距》的演讲,从产业链衬底、外延、器件、模组四大环节专利布局进度来看,本土企业较众多国际大厂仍有较大差距。

畅文芬发表演讲/集微网

科锐、罗姆、英飞凌实现从碳化硅衬底、外延、设计、器件及模块制造的全产业链布局。其中英飞凌于2001年就推出了碳化硅二极管产品。而我国研究开始较晚,自2013年科技部在“863”计划,第三代半导体材料列为重要内容。

从知识产权分布来看,从1993年有专利记载以来,第三代半导体就在世界各地布局,而在中国的布局从2001年开始。专利爆发在2000年-2006年之间,而中国本土厂商虽然起步较晚,但进步明显。

畅文芬综上解读认为,喜的是,专利申请量国内外差距逐渐缩小、国内企业的数量增加迅速、早期专利已过期;忧的是,布局过窄,技术发展的时间过短,沉淀不够,专利价值国内相比国外稍低。

另外陈跃楠指出,国内第三代半导体面临的挑战包括:国内企业相对弱小,抗风险能力较差;应用市场推进缓慢,市场需求可能不及预期。

对此,陈跃楠提出建议:自力更生、引进学习:从反向设计转向正向设计;廉价替代:利用低成本优势,低价抢占市场;提高附加值:引进功能,加强研发,增加功能,和一线客户合作;引领市场:靠近市场,创新产生价值,持续不断研发的积累,全球化竞争。

总结

欲戴其冠,必承其重。广阔的需求蓝海之下,礁石遍布。对于第三代半导体来说,在承担起新一代半导体革命的重任前,眼下必须克服来自核心技术、资金投入等多重困境。

远处风景无限,但仍需脚踏实地。

(校对/小山)

责编: 乐川

思坦

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半导体产业观察者

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