9月19日，英諾賽科蘇州第三代半導體基地舉行設備搬入儀式，基地已進入量產準備階段。此前，三安光電斥巨資在長沙建設第三代半導體產業(yè)園，哈勃科技投資有限公司也出手投資了國內領先的第三代半導體材料公司。“投資熱”的戲碼頻繁上演，表明第三代半導體產業(yè)的發(fā)展已成為半導體行業(yè)實現突破的關鍵環(huán)節(jié)。

格局呈美歐日三足鼎立態(tài)勢

由于基于硅材料的功率半導體器件的性能已接近物理極限，以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)為代表的第三代半導體憑借其優(yōu)異的材料物理特性，在提升電力電子器件性能等方面展現出了巨大潛力。

特性優(yōu)越、應用廣泛的第三代半導體材料吸引了國內外企業(yè)紛紛對其加碼搶灘，而碳化硅和氮化鎵無疑是第三代半導體發(fā)展的核心方向。

全球SiC的產業(yè)格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立的態(tài)勢。美國的科銳、德國的英飛凌、日本的羅姆這三家公司占據了全球SiC市場約70%的份額，其中科銳、羅姆實現了從SiC襯底、外延、設計、器件及模塊制造的全產業(yè)鏈布局。

SiC的產業(yè)鏈主要由單晶襯底、外延、器件、制造和封測等環(huán)節(jié)構成。在全球SiC產業(yè)鏈中，美國占據全球SiC市場70%～80%的產量，擁有科銳、道康寧、II-VI等在SiC生產上極具競爭力的企業(yè)。歐洲在SiC產業(yè)鏈的單晶襯底、外延、器件等環(huán)節(jié)均有布局，擁有較完整的SiC產業(yè)鏈。歐洲在該領域內的代表公司有英飛凌、意法半導體等，且主流器件生產廠商采用IDM模式。日本則是設備、器件方面的領先者，羅姆半導體、三菱電機等公司在業(yè)內舉足輕重。

GaN的產業(yè)鏈中也包含了襯底、外延、設計、制造和封測等環(huán)節(jié)。在GaN產業(yè)鏈中，國際巨頭公司仍占主導地位。據了解，英飛凌的CoolGaN已可實現量產；安森美與Transphorm共同開發(fā)并推廣了基于GaN的產品和電源系統(tǒng)方案；美國EPC公司是首個推出增強型GaN FET的公司;意法半導體則是射頻硅基氮化鎵行業(yè)的領先者，目前正在擴大6英寸硅基氮化鎵的產能，并計劃進一步擴展至8英寸晶圓;臺積電、英特爾等也開始涉足于該領域，進行硅基氮化鎵的代工開發(fā)。

賽迪顧問股份有限公司新材料產業(yè)研究中心副總經理楊瑞琳向記者介紹，除了科銳、II-IV等公司，新日鐵柱金、Aymont、昭和電工、住友電氣、住友化學、三菱化學、古河電氣、Kyma、日立金屬和Monocrystal等廠商也在生產并提供第三代半導體材料。

目前國內也有不少企業(yè)在生產、提供第三代半導體材料。楊瑞琳表示，天科合達、世紀金光、山東天岳、河北同光等國內廠商在第三代半導體材料的生產方面有所布局。其中，采取IDM模式生產器件和模塊的企業(yè)有泰科天潤、瑞能半導體。

仍面臨著亟待突破的技術難題

半導體材料的生長離不開單晶襯底，理想的襯底材料可以提升外延膜的晶體質量、提高半導體器件的工作效率和工作壽命等，因此襯底材料的優(yōu)化也是半導體器件制作過程中非常關鍵的一個步驟。

由于大尺寸的襯底可以有效降低器件的生產成本，并且更加易于加工，追求大尺寸的襯底已經成為了第三代半導體產業(yè)發(fā)展的重要趨勢。在SiC襯底的研發(fā)進程方面，國內外企業(yè)的步調基本一致。

現階段，SiC襯底的主流尺寸是4～6英寸，8英寸襯底已由國外的科銳公司研制成功。楊瑞琳指出，當前國外廠商科銳已全面轉向了6英寸SiC產品，6英寸產品的商業(yè)化進程進展順利。科銳首批8英寸SiC襯底預計于2022年實現量產。

與此同時，我國廠商也實現了6英寸SiC單晶襯底的小規(guī)模量產，并計劃盡快實現8英寸襯底的量產。“目前國內外企業(yè)均研制出了8英寸SiC襯底，因此國內外企業(yè)針對SiC襯底的研發(fā)進程幾乎相同。”楊瑞琳說。

而在GaN襯底材料的研發(fā)方面，國內外廠商的進程仍然相同。楊瑞琳表示，目前國外廠商SiC基GaN的外延材料正在逐步向6英寸過渡，而我國用于微波射頻器件的SiC基GaN外延材料也在逐步向6英寸發(fā)展。在Si基GaN外延材料方面，當前的主流尺寸為6英寸，而國內廠商用于電力電子器件的Si基GaN外延已經基本實現了6英寸材料的產業(yè)化，并完成了8英寸材料的樣品研發(fā)。

雖然國內外企業(yè)在第三代半導體襯底材料方面的研發(fā)進程相同，在產品的整體工藝水平和質量方面，國內外企業(yè)還存在著技術代差。因此，我國第三代半導體產業(yè)的發(fā)展還面臨著一些亟待突破的難題。

以SiC襯底材料為例，目前國內企業(yè)生產的襯底材料質量還相對薄弱，主要用于生產10A以下小電流產品。而在SiC外延方面，國內部分公司已經具備提供4、6英寸的外延片的能力，但是高質量、厚外延的量產技術仍被科銳、昭和等少數國外企業(yè)掌握。正如西安電子科技大學教授張玉明所言，我國還需提高SiC晶圓的尺寸和質量，制造工藝柵界面調控技術還需加強，成品率也需進一步提升。賽迪顧問分析師呂芃浩曾表示，除了要降低襯底缺陷，提高良率，做到大尺寸、低成本之外，SiC缺陷密度、外延工藝效率低、摻雜工藝的特殊要求、配套材料的耐溫等問題也需要盡快解決。

另外，我國GaN材料在綜合指標、器件性能等方面也需進一步提升。經過三十多年的發(fā)展歷程，歐美日等國的企業(yè)已形成了較為成熟的GaN產業(yè)體系，而我國由于起步較晚，技術積累還存在不足。呂芃浩認為，GaN高質量、大尺寸籽晶獲取問題是目前需要破解的難題之一。

應避免投資熱后的“繁花落盡”

隨著新能源汽車市場規(guī)模的不斷擴大，SiC在該領域的商業(yè)化進程已經開始。英飛凌科技大中華區(qū)高級副總裁兼汽車電子事業(yè)部負責人曹彥飛告訴記者，SiC商業(yè)化的價值在于提升整個汽車系統(tǒng)的效率，并在汽車里程增加的同時減少電池成本，以彌補SiC與IGBT的價差。“當SiC用于主逆變器，在800伏系統(tǒng)之下，我們已經仿真。根據主機廠驗證結果，它提升了約7%的續(xù)航里程，這體現了SiC商業(yè)化的價值。”曹彥飛還透露，當前以英飛凌為代表的廠商在車載充電機、主逆變器等領域均有相應的SiC產品推出，并且產品還會不斷更新迭代。

為把握SiC日益增長的市場需求，很多國內廠商也在加緊布局第三代半導體SiC生產線。日前，華潤微宣布國內首條6英寸商用SiC晶圓生產線正式量產;我國SiC全產業(yè)鏈產線已落地長沙高新區(qū);鄭州航空港實驗區(qū)管委會等機構和公司簽訂了戰(zhàn)略合作協議，將在鄭州航空港實驗區(qū)建設第三代化合物半導體SiC生產線。

5G商用進程的不斷推進也使從基站端到終端的射頻需求加速增長。作為實現5G的核心材料，到2025年，GaN在射頻器件領域的占比將超過50%，未來10年GaN的市場規(guī)模有望超過30億美元。目前，國外廠商意法半導體正在與MACOM合作，瞄準全球5G基站應用，希望鞏固在第三代半導體市場的領先地位。

為了在5G市場搶得先機，國內廠商研發(fā)GaN產業(yè)的熱度只增不減。國內廠商三安集成和海威華芯具有量產GaN功率器件的能力，而海威華芯則是能提供6寸GaAs/GaN微波集成電路的純晶圓代工服務制造企業(yè)。此外，海陸重工參股10%的江蘇能化微擁有國內首條8英寸GaN單晶生產線。進入量產準備階段的英諾賽科蘇州第三代半導體項目建成后將成為全球最大的集研發(fā)、設計、外延生產、芯片制造、測試等于一體的第三代半導體全產業(yè)鏈研發(fā)生產平臺。

當前，國內廠商對第三代半導體產業(yè)的研發(fā)熱情高漲。但當“投資熱”過后，產業(yè)是否會從“一哄而上”變?yōu)椤盁o人問津”?

為了避免投資熱過后的“繁花落盡”，國內企業(yè)需要正視市場需求，通過提升核心技術把握市場的新機遇。賽迪智庫集成電路研究所副所長朱邵歆告訴記者，由于第三代半導體的產業(yè)鏈長、鏈條環(huán)節(jié)多，產業(yè)鏈的末端面臨著最大風險。在沒有明確客戶的情況下，過早擴充產能會造成資源浪費等問題，因此企業(yè)需要先了解市場需求，再進行定制化生產。國內企業(yè)要注重產品質量和關鍵技術水平的提升，而不是盲目投資產線。

朱邵歆表示，地方政府在相關項目落地前，應委托在集成電路和第三代半導體領域有深厚產業(yè)研究積累和案例的專業(yè)研究機構，對產品市場方向、技術團隊能力、投資經費等進行第三方評估，以解決項目落地前的信息不對稱問題，避免不符合地方發(fā)展需求和實際情況的項目落地。