第三代半導(dǎo)體崛起 中國照明能否彎道超車？

　　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)，中國也不例外地快馬加鞭進(jìn)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(jì)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(jì)五六十年代以來，這兩代半導(dǎo)體材料為工業(yè)進(jìn)步、社會發(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(diǎn)，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(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(jì)90年代之后，GaN進(jìn)入快速發(fā)展時期，年均增長率達(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。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(kuò)充。而SiC的商業(yè)化應(yīng)用在21世紀(jì)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(diǎn)：有高10倍的電場強(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，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(diǎn)

　　從國際競爭角度看，美、日、歐等發(fā)達(dá)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(diǎn)。

　　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(qiáng)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(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)同來自意大利、德國等六個歐洲國家的私營企業(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(qiáng)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(jī)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(xué)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，標(biāo)志著該基地引進(jìn)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(jìn)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(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(xiàng)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(hù)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(hù)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(jì)價值充分實(shí)現(xiàn)，并在創(chuàng)新驅(qū)動中取得新的進(jìn)展。