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屬于中國的第三代半導體時代到來了

發布者:發布時間:2021-06-30 09:34:50

    在二級市場,第三代半導體上下游鏈公司——臺基股份、安泰科技、露笑科技、海特高新等表現活躍;市場應用上,小米、傳音等公司紛紛搶占第三代半導體材料應用于快充領域的賽道。

  政策指引層面,有消息稱,國內半導體產業將得到統籌發展,行業發展支持力度也將進一步加大,尤其重視第三代半導體方面。

  第三代半導體在這一時點受到關注的原因是什么?材料和應用的優勢在哪里?我國半導體產業借由第三代半導體材料實現“換道超車”的可能性幾何?帶著這些問題,近日,《科創板日報》記者專訪了西安賽富樂斯半導體科技有限公司聯合創始人兼CEO陳辰,及公司CTO宋杰博士。

  陳辰擁有清華大學、耶魯大學的教育背景;宋杰則有北京大學固態物理學博士學位和耶魯大學博士后經歷,是中組部“青年千人”特聘專家,在氮化鎵領域有10余年科研經驗。據悉,他們所在的西安賽富樂斯半導體科技有限公司,是全球首家實現量產工業級半極性氮化鎵材料的企業,也正在進行第三代半導體在光電器件方面的研究與生產。

  ||談行業:中國實現“超車”贏面很大

  “第一代和第二代半導體,尤其是在芯片領域,我國整體相較技術領先國家落后至少二十年,但第三代半導體材料發展,目前我國與國際巨頭公司差距可精確至5年左右。”宋杰認為,近年來我國重視第三代半導體,加大相關研發投入,也是希望能借由這一路徑,盡快縮小與其他國家差距,實現換道超車。

  第三代半導體材料主要有氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、碳化硅(SiC)等。宋杰博士介紹,氮化鎵領域目前以日本技術最為領先,而美國則在碳化硅方面發展得最好。

  陳辰認為:“日本一直有研發新材料的傳統,日本科學家也是氮化鎵這一材料的“鼻祖”。據了解,2014年的諾貝爾物理學獎,正是授予了發明出藍色發光二極管的日本名城大學教授赤崎勇、日本名古屋大學教授天野浩和美國加利福尼亞大學圣巴巴拉分校教授中村修二這三位日本籍或日裔科學家。

  2011年,在經過了將近二十年的研發之后,美國科銳公司推出了全球首款SiC MOSFET。因而,“碳化硅領域,全球又以美國的科銳公司為頭部。”

  陳辰認為,這兩個國家相關產業布局較早,技術積累和產業發展已形成良性閉環。不過他也表示,氮化鎵的研發始于上世紀90年代后期,碳化硅則是近十年的產物,相比更為傳統的半導體材料及其衍生技術,還算是一個嶄新賽道,實現趕超的贏面很大。

  “中國早期的科技企業往往是用商業倒推技術,走的是‘貿工技’的路線,即先發展貿易、然后做生產、最后才研發技術”,陳辰說,“按照原有邏輯,如果等到企業和國家開始重視技術,就會重新與其他經濟體產生難以彌合的差距。”

  “政府之所以選在近期的時間點釋放信號,一是第三代半導體等技術本身的發展迫在眉睫;二是我國這一領域確實有能力、有機會做到領先;三是國際間越加頻繁的科技競爭不得不讓我們選擇在這樣的賽道上發展自有技術。”陳辰如是說。

  ||談技術:工藝制程是嶄新賽道

  “最近幾年,5G技術、電動汽車的興起與落地,產生了對優質材料的大量需求”,宋杰博士說,“第三代半導體材料電子發展速度快,在滿足高頻率、大功率器件的需求方面具有非常大的優勢。”

  宋杰介紹,相比傳統半導體材料,第三代半導體材料的物化性質非常穩定,電子性能更具優勢,可以在極端環境——比如大電流、大功率和高頻等應用場景中得到良好運用,因而可以用來制作高功率、高頻率器件。具體來說,5G、6G這樣的高頻通訊,以及充電器、電動汽車配件等,都需要第三代半導體發揮相比傳統材料更為突出的優勢。

  “第三代半導體材料近期關注度高,與材料的三個主要應用方向發展有關:一是新能源汽車;二是計算領域;三是5G等高頻通信技術。而技術的發展要走過從高端逐步邁向低端的過程,從最初的材料研發,到運用于軍工、高鐵領域,再到落地公眾日常生活中能接觸到的消費品就是如此。”陳辰說,第三代半導體材料在電腦、手機充電器上的運用,說明相關材料的技術和行業已漸漸成熟。

  氮化鎵和碳化硅這樣的材料并不存在于自然界中,需靠人工在高溫化學工業的條件下進行制備。宋杰博士稱,第三代半導體材料的研發難點就是需要降低經人工合成材料的缺陷。

  不過,相比追趕傳統材料的下游工藝制程,中國企業要想在半導體領域做到技術領先,顯然發展第三代半導體更為明智。陳辰介紹,每更換一個新的材料,就需要重新圍繞材料,發展相應的后道工藝和制程。

  “說白了,第三代半導體的工藝誰都沒有,在技術相對初期的一個階段,我們就有機會掌握話語權,”陳辰說,“這其中,材料既是基礎,又是核心”。宋杰則補充道:從研發邏輯上來講,確實是要先從材料出發解決質量問題,后改善工藝,提高性能。

  ||談應用:第三代半導體光電應用可與世界接軌

  據悉,第三代半導體材料的下游市場大致可分為光電子和微電子兩塊領域。第三代半導體材料推動我國集成電路邁向先進備受期待的同時,也要注意到長期以來,與我國“缺芯”并提的問題還有“少屏”,因而相關材料在光電領域的應用也是一大技術重鎮。

  據陳辰介紹,我國在LED領域較為成熟,屏幕方面中低端可做到產量,不過高端屏幕如OLED或Mini-LED,整體仍較為落后。“目前業內有幾家公司的發展格局較為明確,比如有蘋果、三星、LG等,賽富樂斯跟這些公司都有相關項目合作。”

  “從全球來看,顯示器行業大的趨勢之一是做Micro-LED,二是都在往量子點技術轉”。陳辰介紹,賽富樂斯從2017年開始就已在布局相關產品,其使用了納米孔氮化鎵材料的量子點Micro-LED產品,目前可做到全球領先。據悉,賽富樂斯目前在為蘋果研發Micro-LED相關項目,而公司自身量產的Micro-LED產品也供不應求。

  “公司目前研發精力主要投注在蘋果的項目上,不過由于有保密協議,暫不能透劇具體信息。在生產方面,我們正在幫助利亞德推量產產品,前期研發已經完成。”陳辰說,公司目前產線主要依賴西安光機所,今年下半年將著手新一輪融資,用于自建產線,以滿足未來Micro-LED大訂單的需要。

  陳辰最后呼吁,材料、工藝、設備等半導體產業研發并非一朝一夕的事情,做科研要有啃硬骨頭的精神。

  “賽富樂斯2014年創立至今,明顯能感受到2018年前后開始,國內對硬科技——尤其是半導體材料領域的投資愈加重視。”陳辰說,從科創板設立至今的兩年發展,以及當初上市退出的路線設計來看,均有利于硬科技企業。

  宋杰博士則在國家近年對人才培養和科研支持的重視方面,感受到了環境正在發生的變化。“相比之前而言,如今科研經費申請額度,還有批下來的比例,都在逐年增加。能夠感覺到國家有意積極鼓勵,讓更多的團隊、高校和研究機構來參與到第三代半導體相關的一些研究當中。”

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