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关注半导体材料发展国际趋势

时间: 2024-02-17 18:57:45 |   作者: 产品/永乐国际注册地址

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加快

产品特性

  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加快速度进行发展的需要,以化合物(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,是大范围的使用在信息化社会、、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。

  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%;汽车电控系统体积重量减少80%,电能转换效率提升20%。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。

  在汽车、光伏、储能等需求带动下,第三代半导体产业快速地发展,2022年全球碳化硅、功率半导体市场规模约23.7亿美元。

  从国际应用场景范围来看,碳化硅主要使用在于新能源汽车、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(SiC MOSFET)和碳化硅功率模块是企业当前开发的重点。氮化镓则主要使用在于消费类电子市场。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%市场占有率,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,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使用在于消费类电子、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SiC MOSFET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DC-DC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,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,相比竞争对象有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快速地发展态势。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的提高、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,我国产业高质量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,一直在优化资源配置,切实提升产业链供应链韧性和安全水平,全方面提升产业体系现代化水平,逐步培育出有突出贡献的公司和创新型集群,引领行业高水平质量的发展,支撑国家“双碳”战略实施。


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