2018年7月14日，2018中國材料大會(CMRS)各分會場會議交流繼續進行。本次大會共設35個分會場，儀器信息網編輯走入D11.半導體材料與器件分會場，為讀者帶來有關半導體行業發展的一場報告。該報告是由中關村天合寬禁帶半導體技術創新聯盟秘書長陸敏帶來的《碳化硅半導體技術與產業發展態勢》。報告詳述了碳化硅寬禁帶半導體材料在國內外不同領域的應用情況和發展趨勢，以及介紹了中關村天合寬禁帶半導體技術創新聯盟在碳化硅半導體產業中有關標準制定的一些工作，提出了我國在該領域所面臨的機遇和挑戰，引發了廣大半導體從業者的討論和深思。

　　中關村天合寬禁帶半導體技術創新聯盟秘書長 陸敏

　　碳化硅寬禁帶半導體材料在軍用、民用領域的核心應用

　　碳化硅寬禁帶半導體材料的應用主要分布在，電力電子器件，新能源汽車，光伏，機車牽引，以及微波通訊器件等領域。

　　在微電子領域，碳化硅半導體的優勢在于可與氮化鎵半導體互補，氮化鎵半導體材料的市場應用領域偏向中低電壓范圍，集中在1000V以下，而1000V以上的中高電壓范圍，則是碳化硅的天下。1200V以上的碳化硅應用領域有新能源汽車，光伏，機車牽引，智能電網等，高鐵機車的牽引電壓在6500V以上，地鐵則一般在3300V左右。

　　我國新能源汽車產業正不斷蓬勃發展，去年的銷量約在80萬輛，今年預計會超過100萬輛。推廣新能源汽車最主要的目的是降低CO2的排放。迄今為止，日本豐田公司推出的油電混合動力汽車已銷售超過1100萬輛，共計約減少7700萬噸CO2的排放。目前，主流發達國家都在推廣這類新能源汽車。國家發展和改革委員會也制定了新能源汽車的發展計劃，每五年的銷量應有成倍的上升。未來，在包括車用，輔助設施，充電樁等的整個新能源汽車產業，均會成為支撐碳化硅在中高電壓領域高端應用的重要組成部分。新能源汽車目前存在的核心困難是充電速率過慢，主流的研究熱點集中在快速充電技術，而快充技術的實現就需要用到高壓碳化硅半導體器件。電動汽車主要有三大部件：一是電池，二是電機控制部分，三是電機。從電池到電機的驅動，中間很重要的銜接環節就是電機控制部分，它需要專門器件碳化硅MOSFET(金屬-氧化物半導體場效應晶體管)去轉換。豐田的凱美瑞車型就使用了碳化硅半導體模塊，核心器件均為碳化硅半導體材料制備。特斯拉的Model 3型汽車車，也全部使用了碳化硅半導體模塊，每輛車會用到24個碳化硅模組，現今在道路上行駛的Model 3車輛中該碳化硅模塊的數量約為100萬。

　　碳化硅半導體在軍事、航天上也有許多應用，不管是電力電子，還是微波設備，在軍工領域均有大量應用。微波器件領域是整個碳化硅器件應用的一個細分市場。微波通訊在軍用領域的一個典型應用是相陣控雷達，像美國的F/A-18戰斗機，已經裝備了碳化硅襯底外延氮化鎵HEMT(高電子遷移率晶體管);還有地基導彈系統，像薩德系統中的核心器件就是碳化硅襯底外延氮化鎵的HEMT，美軍已基本全面裝備使用，而我國仍未完全立項，不過相信出于戰略上的考慮也會加快推進實行。軍事應用是由于戰略的需求，但該領域市場規模應該不會太大。射頻微波領域對應于民用就是通訊領域，也是整個碳化硅半導體產業應用增長的關鍵領域。2018年6月，首個完整版全球統一5G標準正式出爐，相信5G通訊的應用，也會大大推動碳化硅半導體產業化的進程。

　　光伏領域是目前碳化硅器件最大的應用市場，之后是新能源汽車領域，應會逐漸超過光伏領域。

　　其他的應用方向像LED產品已實現產業化，是非常大的一個應用領域，專利主要是被美國的科銳公司所控制。

　　在對2017年國內碳化硅第三代半導體產業產值的統計中，襯底約有1.65億元，外延、器件、裝置的總產值依次升高，分別達2.76億元、6.92億元、28.98億元。總體來看，微波射頻應用的產值相較電子電力應用占多數，其產量高，產值大的原因是軍事上應用的微波器件。由于軍方應用額度畢竟有限，而民間應用市場將會更大，因在2018年產值統計的結果和態勢會有明顯變化。相信2018年電力電子領域會出現更多的應用和更大的拓展。

　　根據美國YOLE公司的統計，2015年電子電力器件用導電型碳化硅襯底約有12萬片，預計到2021年，會達到約40萬片。美國科銳公司是全球最大的碳化硅襯底企業，擁有1000多臺半導體晶體爐，一臺的產能約為每年500~1000片，全年可生產約100萬片，考慮成品率，一年的成品約為幾十萬片，可由此推算出市場的大致規模。國內所有的半導體晶體爐約二三百臺，在世界范圍所占比例較低。

　　國內外第三代半導體產業發展政策情況

　　我國的“中國制造2025”計劃中明確提出要大力發展第三代半導體產業。特別設立的國家新材料產業發展領導小組有兩位第三代半導體領域的專家，由此可見國家對第三代半導體產業的發展相當重視。北京也有對于第三代半導體產業發展的相關政策，北京目前定位為全國科技創新中心，該職能的實現需要通過一些產業的支撐，北京現正在大力扶持高精尖產業，第三代半導體產業也是其中很重要的一項。希望未來能見到其他各省市都會出臺類似政策，來推動第三代半導體產業的研究和發展。

　　國際上也有類似政策，美國總統奧巴馬主導成立第三代半導體產業聯盟，歐洲的Smart PM(Smart Powe Management)組織，日本的“首相戰略”等，均瞄準并投入巨資推動第三代半導體產業的研究與發展。大力發展第三代半導體產業已在國內外達成共識，不僅停留在產業研究的初期，更呈現產業的一個爆發態勢。

　　面臨的機遇和挑戰

　　一個產業的發展與兩個方面有關：一個是技術層面，另一個重要問題就是產業的生態環境。為建立這樣一個產業環境，中關村天合寬禁帶半導體技術創新聯盟應運而生。標準是彼此之間溝通的平臺，產業環境問題的核心是搭建一個成熟的標準體系，產業標準、技術標準等均是支撐產業份額擴大不可或缺的要素。

　　世界有兩大類標準體系：一類是政府類的標準，例如世界三大標準化組織，ISO、IEC、ITU，這些是美國推行的標準體系;還有一類是以市場為主體，來源于實體的一些標準，例如企業標準和團體標準。國際上常見的IEEE，semi，Bluetooth，中關村標準等，均是團體標準，但它同樣擔當著國際標準的作用。這類標準在國際上更有生命力和市場，因為它是產業一線從業者制定的標準。

　　《中國人民共和國標準化法》不久前通過了修訂，在我國的標準體系中，原先只有國家標準，地方標準，行業標準和企業標準，新的標準化法特別提出了團隊標準。團隊標準需要產業聯盟，社會團體等一些非營利性團體來制定。中關村天合寬禁帶半導體技術創新聯盟目前也是國家標準化管理委員會認定的團隊標準制定單位，目前也在做一些工作來幫助這個產業的發展，以使半導體產業在標準制定方面有更多的機會。

　　迄今為止， 在碳化硅半導體領域，國際標準、國家標準、行業標準經過統計共有16項，遠遠滯后于該行業的發展，這對整個市場的秩序及行業的發展是很不利的，因此標準化制定這項工作大有可為。這16項標準基本均發布于近幾年，所以近年來碳化硅半導體產業陸續發展了起來。硅材料，是一個比較成熟的材料體系，與硅材料相關的標準約有二百余項，國家標準、行業標準，制定的時間跨度長達三四十年。因此碳化硅與硅材料領域相比，標準體系對產業的支撐是遠遠不夠的，這對以聯盟為依托的行業及企業而言，是一個難得的機遇。

　　制定標準相當于是制定市場規則，制定市場規則相當于在市場上會擁有更好的話語權和引導力。通過這一機遇，可以依托產業聯盟、或其他社會團體，來健全第三代半導體產業的團隊標準體系，以更好地支持這個行業的健康發展，提升國家在該領域的市場競爭力。我國是全球最大的市場，但問題的核心在于市場上出售誰家的產品，因此擁有更大的話語權是十分重要的，制定標準就是制定話語權。