关注半导体材料发展国际趋势

　　从国际半导体产业发展趋势来看，随着硅半导体材料主导的摩尔定律逐渐走向其物理极限，同时硅也满足不了微波射频、高效功率电子和光电子等新需求快速发展的需要，以化合物半导体材料，特别是第三代半导体为代表的半导体新材料快速崛起，未来10年将对国际半导体产业格局重塑产生至关重要的影响。第三代半导体兴起于上世纪90年代初，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料为代表，具备击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能，是广泛用于信息化社会、人工智能、万物互联、现代农业、现代医疗、智能交通、国防安全等重点领域的关键材料，其发展水平是反映一个国家高技术实力、国防能力和国际竞争力的主要标志之一。
　　碳化硅是新型电力系统特高压电网必需的可达万伏千安等级的唯一功率半导体材料，同时也是高铁和新能源汽车牵引、电控系统的心脏，可使高铁动力系统体积、重量减小20，损耗降低20；新能源汽车电控系统体积重量减少80，电能转换效率提升20。氮化镓则是目前能同时实现高频、高效、大功率的唯一材料，是支撑5G通信基站升级换代、6G通信基站优先布局、军用雷达性能得以提高的关键材料。
　　据不完全统计，2022年美国、英国、意大利、新加坡、日本、法国等国家新布局21个第三代半导体公共研发项目，金额超12。6亿美元。涉及材料、外延、器件、系统等各环节，突出8英寸碳化硅衬底和晶圆制造、车用800V电压平台的碳化硅功率器件及电控系统等。
　　在新能源汽车、光伏、储能等需求带动下，第三代半导体产业高速发展，2022年全球碳化硅、氮化镓功率半导体市场规模约23。7亿美元。
　　从国际应用范围来看，碳化硅主要应用于新能源汽车、智能电网领域。碳化硅单晶衬底方面，目前半绝缘型衬底以4英寸为主，导电型衬底以6英寸为主，8英寸导电型、半绝缘型衬底已开发出样品。面向车用的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiCMOSFET）和碳化硅功率模块是企业当前开发的重点。氮化镓则主要应用于消费类电子市场。氮化镓衬底以2至4英寸为主，日本住友化学、三菱化学占全球85市场份额，商业化的氮化镓同质外延仍以2英寸为主，3英寸处于研发阶段。蓝宝石基氮化镓外延材料应用以LED为主，LED芯片市场占光电市场90以上，植物照明、车用和显示屏应用市场均呈现较大幅度扩展，主要器件企业包括日亚化学、欧司朗、三星等；硅基氮化镓外延材料主要应用于消费类电子、新能源汽车等领域，商业化产品以6至8英寸为主，12英寸产品已开发正推进规模化应用，主要企业包括英飞凌、安森美、意法半导体、松下等。
　　从国际技术发展水平来看，碳化硅方面，8英寸衬底开始产业化，车规级功率器件是当前开发重点，多家厂商已推出大功率模组及高温封装产品，碳化硅器件正向耐受更高电压、更高电流密度、更低导通压降、更高开关频率方向发展。目前商业化SiCMOSFET产品电压集中在650V、1200V、1700V，部分新品耐压等级已提高至2000V，越来越多应用于牵引主逆变器、车载充电机以及高低压DCDC转换器中。氮化镓方面，国际上已制备出6英寸单晶衬底，功率器件向小型化、高功率密度、耐辐照方向发展，耐压1200V的商业化产品和垂直型功率器件已实现小批量供货。以氮化镓射频为例，2022年美国Integra公司宣布100V氮化镓射频器件开始出货，意法半导体和美国Macom公司已生产出硅基氮化镓原型，多家企业推出氮化镓毫米波产品。
　　从装备和辅材发展来看，一方面，8英寸碳化硅设备有望带动产业链成本下降。2022年德国爱思强股份有限公司发布8英寸碳化硅外延设备，相比竞争对手有10至15的成本优势，预计2023年推动成本下降25。另一方面，耐高温材料、高效散热材料开发速度加快。日本田村公司已开发出用于第三代半导体器件的无铅焊料接合材料，计划2023年实现量产。
　　面对不稳定不确定的外部环境，第三代半导体始终保持高速发展态势。以车用为首的下游市场将进入高速增长期，上游晶圆供不应求，未来几年8英寸技术将推动产品性能不断提升、成本逐步下降，国产材料和芯片在客户端的认可度不断提高。
　　新一轮科技革命和产业变革深入发展，国际力量对比深刻调整，我国新材料产业发展面临新的战略机遇。第三代半导体产业需抓住市场需求爆发及国产化替代机遇，利用好我国超大规模市场优势，继续突破材料和器件关键技术、完善标准体系、推动国产替代应用、强化人才培育和引进，构建要素齐全、创新活跃、开放协同的产业生态。同时，不断优化资源配置，切实提升产业链供应链韧性和安全水平，全面提升产业体系现代化水平，逐步培育出龙头企业和创新型集群，引领行业高质量发展，支撑国家双碳战略实施。