在全球经济发展一体化的情况下,科技大国之间的博弈极易对科技领域发展起到重大影响。

 

中国正在规划制定一套全面的新政策,以发展本国的半导体产业,应对美国政府的限制。

 

即将大力发展的第三代半导体产业

我国计划把大力支持发展第三代半导体产业,写入正在制定中的“十四五”规划,计划在 2021-2025 年期间,在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面,大力支持发展第三代半导体产业,以期实现产业独立自主,不再受制于人。

 

半导体行业经过近六十年的发展,目前已经发展形成了三代半导体材料,第一代半导体材料主要是指硅、锗元素等单质半导体材料;第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓、锑化铟;第三代半导体材料是宽禁带半导体材料,其中最为重要的就是 SiC 和 GaN。

 

按业内定义,第三代半导体材料是指带隙宽度明显大于硅(Si)的宽禁带半导体材料,主要包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等,因其禁带宽度大于或等于 2.3 电子伏特,又被称为宽禁带半导体材料。

 

其具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及高辐射等恶劣条件的新要求。

 

与前两代相比,第三代半导体材料在分子结构方面显得更加优越,不但可以降低 50%以上的能量损失,而且还可以使装备体积减小 75%以上。

 

 

第三代半导体更重要的意义是在功率器件领域,通过其特殊的材料特性,改进相关芯片及器件性能。

 

第三代半导体与国际差距没有一、二代半导体明显。先发优势是半导体行业的特点,比如碳化硅 SiC,国产厂商研究起步时间与国外厂商相差不多,因此国产厂商有希望追上国外厂商,完成国产替代。

 

未来三年,SiC 材料将成为 IGBT 和 MOSFET 等大功率高频功率半导体器件的基础材料,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 SiC 衬底市场规模将达到 9.54 亿元。

 

未来随着 5G 商用的扩大,现行厂商将进一步由原先的 4G 设备更新至 5G5G 基地台的布建密度更甚 4G,而基地台内部使用的材料为 GaN 材料,预计到 2022 年 GaN 衬底市场规模将达到 5.67 亿元。

 

 

第三代已上升到国家战略层面

2015-2016 年,国家科技重大转型对第三代半导体功率器件的研制和应用立项。

 

2016 年,国务院就印发《“十三五”国家科技创新规划》,启动一批面向 2030 年的重大项目,第三代半导体被列为国家科技创新 2030 重大项目“重点新材料研发及应用”。

 

此外,“中国制造 2025”计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业,要求 2025 年实现在 5G 通信、高效能源管理中的国产化率达到 50%;在新能源汽车、消费电子中实现规模应用,在通用照明市场渗透率达到 80%以上。

 

8 月 4 日,国务院公开发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》强调,集成电路产业和软件产业是信息产业的核心,是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量,其中重点强调,中国芯片自给率要在 2025 年达到 70%。

 

我国《电动汽车充电基础设施发展指南(2015—2020 年)》规划,到 2020 年我国分散式充电桩的目标是超过 480 万个,以满足全国 500 万辆电动汽车充电需求,车桩比近 1∶1。充电模块是充电桩的核心部件,其成本占设备总成本的 50%。

 

第三代半导体材料无论在军事领域还是民用都有广泛的用途,国家战略新兴产业政策中多次提到以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体器件,写入“十四五”规划也是早有迹象。

 

第三代半导体产业战略意义非凡,但国内该产业仍处起步阶段,在研发、生产方面明显落后于美日欧,随着国家将其纳入“十四五”规划,政策利好必将引爆产业投资热潮。

 

 

中国半导体行业危机犹存

中国半导体行业的危机不是处在中下游,而是出在上游。如果没有好的原材料和精密的设备,即使在制造阶段设计的再完美,操作的再精准,也很难和国际顶尖的产品进行竞争。

 

上游的半导体原料被日本企业信越和 SUMCO 垄断,两家几乎占了市场份额的 65%。而在半导体制造设备方面位于前列的则是美国、日本和荷兰的企业,在笔者的记忆里,这个领域排名前十的企业全是这三个国家的,其所占的市场总份额达到了市场的九成。

 

而随着中美关系的恶化,中国企业从海外采购零部件和芯片制造技术正面临越来越多的困难。

 

而且随着物联网、大数据和人工智能驱动的新计算时代的发展,对半导体器件的需求日益增长,对器件可靠性与性能指标的要求也更加严苛。

 

 

以碳化硅为代表的第三代半导体开始逐渐受到市场的重视,国际上已形成完整的覆盖材料、器件、模块和应用等环节的产业链,全球新一轮的产业升级已经开始。

 

中国 2020 年芯片进口预计将连续第三年保持在 3000 亿美元以上。而根据国务院发布的相关数据显示,中国芯片自给率 2019 年仅为 30%左右。 

 

 

或成国产化重要抓手

目前,第三大半导体材料市场呈现出美日欧玩家领先的格局,相比之下,中国的第三代半导体产业稍显贫弱,在技术领先度、市场份额占比等方面较落后。

 

细究美日欧第三代半导体产业领先的原因,离不开美日欧政府的政策推动,这些国家更早地意识到了第三代半导体材料在通信、军工、航空航天等领域的战略意义,并较早地开始了有针对性的布局。

 

近些年来,中国的对半导体产业链的重视亦已凸显,不论是新基建对 5G、集成电路的重视,还是两期国家大基金的成立,都为芯片产业提供了土壤,也将惠及半导体材料的创新。

 

但是,尽管我国在第三代半导体材料的布局方面稍显落后,但并未遭遇“卡脖子”的情况。

 

另外,我国第三代半导体器件市场有着巨大的增长空间,或能成为倒逼上游材料发展的一大动力。

 

 

随着全球通信、新兴的电子科技继续发展,对第三代半导体材料的市场需求必将继续增长。尽管其占据市份不足 5%,但从另一个角度来看,这亦代表着第三大半导体材料市场是一片有巨大潜在增量空间的蓝海。

 

今年将编制“十四五”期间大数据、软件、信息通信等产业规划,消息指出,2020 年是开启国家“十四五”新征程的基础之年,工信部将高质量编制“十四五”期间大数据、软件、信息通信等产业规划。

 

随着第三代半导体材料的成本因生产技术的不断提升而下降,其应用市场也将迎来爆发式增长,给半导体行业带来新的发展机遇。

 

未来,新能源汽车、5G 通信、数据中心等领域都将规模应用第三代半导体,随着中国在高科技领域的领跑,第三代半导体发展可以换道超车。

 

 

结尾:

在这样的大背景下,时值我国第十三个五年计划临近尾声,第十四个五年计划的编制工作正在启动,我国将国内半导体产业的发展写入下一个 5 年计划的规划中显得顺理成章。

 

中国半导体产业发展是非常有必要,国内崛起也必将大力发展半导体产业,以保证中国的电子信息产业的稳定发展。