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第三代半导体材料勃兴 京津冀联合创新抢“风口”

发布时间:2019-09-13 19:29:29

近日,第三代半导体材料及应用联合创新基地共建工作会在北京召开。与此同时,第三代半导体联合创新创业孵化中心也正式揭牌。

第三代半导体材料,究竟蕴含着怎样的产业高度?目前存在哪些障碍?未来国际竞争格局下,先行者将抢占怎样的机遇?对此,专家表示,我国应加快发展第三代半导体材料,抢战发展至高点。

第三代半导体材料走向前台

“1993年,第一只高亮度GaN基蓝光LED诞生,展现了宽带隙半导体材料具有极其重要的实际应用前景,随即引发以Ⅲ族氮化物为代表的宽禁带半导体材料的全球性研发热潮。”中国科学院院士、南京大学电子科学与工程学院教授郑有炓表示,当时人们期望利用宽带隙材料的特点,创新开拓时代需求的新技术。由于这类宽带隙材料功能不同于第一代锗、硅元素半导体和第二代以GaAs、InP为代表的化合物半导体,因此被称为“第三代半导体材料”。

与第一二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度,更高的击穿电场,更高的热导率,更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2电子伏特),亦被称为高温半导体材料。从目前第三代半导体材料和器件的研究来看,较为成熟的是SiC和GaN半导体材料,而氧化锌、金刚石、氮化铝等材料的研究尚属起步阶段。

据了解,我国政府高度重视第三代半导体材料的研究与开发,从2004年开始对第三代半导体领域的研究进行了部署,启动了一系列重大研究项目,2013年科技部在863计划新材料技术领域项目征集指南中明确将第三代半导体材料及应用列为重要内容。

产业链羁绊需走“长线”

据了解,与低一级的Si相比,作为第三代半导体材料的SiC拥有诸多优点:高10倍的电场强度,高3倍的热导率,宽3倍禁带宽度,高1倍的饱和漂移速度。因此,业界普遍看好SiC的市场发展前景。根据预测,至2022年,其市场规模将达到40亿美元,年平均复合增长率可达到45%。

虽然前景看好,但我国在该领域的发展却存在不少制约因素。“最大的瓶颈是原材料。”中科院半导体研究所研究员、中国电子学会半导体与集成技术分会秘书长王晓亮认为,我国SiC原材料的质量、制备问题亟待破解。

湖南大学应用物理系副教授曾健平表示,目前我国对SiC晶元的制备尚为空缺,大多数设备靠国外进口。

“国内开展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比较晚,与国外相比水平较低,阻碍国内第三代半导体研究进展的重要因素是原始创新问题。”国家半导体照明工程研发及产业联盟一专家表示,国内新材料领域的科研院所和相关生产企业大都急功近利,难以容忍长期“只投入,不产出”的现状。因此,以第三代半导体材料为代表的新材料原始创新举步维艰。而中国市场情报中心认为,对于第三代半导体材料这样需长期投入的产业,国内相关机构要做好打持久战的准备,只有在持续的关注和投入下,大规模商业化方才有可能实现。

“材料位于产业链的上游,如果对材料重视不够,中游的器件和电路、下游的系统可想而知。”王晓亮表示,产业链下游的产出要以上游材料为基础,而事实上我国对基础的材料问题的关注度不够,一旦投入与支持的力度不够,相关人才便很难被吸引,人才队伍建设的问题也将逐渐成为发展瓶颈。

联合创新抢占产业“风口”

作为京津冀协同创新合作的重要工作,今年4月,北京市科委、顺义区政府以及国家半导体照明工程研发及产业联盟共同签署了《北京第三代半导体材料及应用联合创新基地建设战略合作协议》,并联合创新基地的运营主体——北京国联万众半导体科技创新中心与天津半导体光源系统产业技术创新战略联盟、中国电谷(河北)第三代半导体产业技术创新战略联盟三方签署了《第三代半导体材料及应用联合创新基地“京津冀”共建合作协议》。由首都科技集团、北京顺义科创集团、金沙江创业投资管理有限公司、北京半导体照明科技促进中心以及企业以“PPP”模式共同出资共建北京第三代半导体材料及应用联合创新基地。

协议签署以来,北京第三代半导体材料及应用联合创新基地重点推动研发平台和服务平台的建设,吸引荷兰代尔夫特理工大学与基地共建中国研究院,以国际一流的技术和人才支撑基地发展。同时为加速科技成果的孵化转化,基地的服务平台重点建设第三代半导体联合创新创业孵化中心,支撑大众创新、万众创业。

据国家半导体照明工程研发及产业联盟秘书长吴玲介绍,经过各方的共同努力已经初步完成了基地两个平台+一个基金“2+1”的顶层设计,基本形成了京津冀协同创新,以及依托首都创新大联盟开展跨界创新的共识,正在逐步建立南北呼应的主平台,研发与产业化的全体系,重点突破的小核心,以及全球开放的协同创新大格局的第三代半导体材料联合创新的格局。

作为一个全球开放创新平台的重要组成部分,荷兰代尔夫特理工大学将重点围绕电子工程、航空航天、能源工程方面参与平台建设。同时,还将引入国内优势互补的研发机构,要探索市场导向,企业为主体,多元投资,开放共享的研发模式。

随着大众创新、万众创业如雨后春笋般的蓬勃发展,作为有显著低碳智能化技术特征的第三代半导体技术,是支撑创新创业的技术源泉。吴玲认为,以国家半导体照明工程研发及产业联盟牵头建设孵化器有其自身的特点。在技术方面拥有原创性的技术、专利以及中试产业化平台;联盟企业的市场渠道与应用需求;有产业基金、风险投资(VC)、上市公司以及全产业链的金融服务支撑平台的服务。

“目前第三代半导体材料被普遍认为将引领半导体领域新技术革命,并成就一大批电力电子领域新兴产业集群。”北京市科委副主任朱世龙表示,北京市在第三代半导体材料方面具有突出的科技引领优势,未来联合创新基地建设要放眼全球,抓好国际合作,紧紧围绕北京建设国际交流中心和科技创新中心的城市战略定位,利用北京独特国际资源和科技优势,面向具有全面创新的机构、团队、技术,开展引进与合作。此外,要立足北京,把第三代半导体联合创新基地建设成为国家科技创新中心重要组成部分,从产业链、创新链和价值链角度,创新机制设计,推进京津冀合作发展。

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