智庫(kù)建議
董亞秋 許有志 | 多措并舉 加快實(shí)現(xiàn)寬禁帶半導(dǎo)體高端原材料及裝備自主可控
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近年來,以氮化鎵、碳化硅等寬禁帶化合物為代表的第三代半導(dǎo)體材料迅速發(fā)展,其適用于高溫、高功率、高頻以及高輻射等惡劣條件,已成為新一代信息技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車、國(guó)防安全的關(guān)鍵材料,是西方對(duì)我技術(shù)封鎖的重中之重。近期,美國(guó)產(chǎn)業(yè)與安全局延長(zhǎng)并升級(jí)對(duì)華為供應(yīng)鏈禁令,規(guī)定只要芯片代工廠采用美國(guó)的技術(shù)和設(shè)備為華為代工芯片,一律要先取得美政府同意?!锻呱{協(xié)定》擴(kuò)大半導(dǎo)體出口管制范圍以及日韓半導(dǎo)體材料之爭(zhēng)均警示我們應(yīng)加快突破寬禁帶半導(dǎo)體高端原材料和裝備瓶頸,加強(qiáng)自主可控保障力度,助力我半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。 1 我寬禁帶半導(dǎo)體面臨發(fā)達(dá)國(guó)家日趨嚴(yán)峻的技術(shù)封鎖 當(dāng)前,5G 通信技術(shù)、新能源汽車推廣以及光電應(yīng)用推動(dòng)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,各國(guó)積極開展戰(zhàn)略部署,通過建立創(chuàng)新中心、聯(lián)合研發(fā)等方式,加大產(chǎn)學(xué)研政協(xié)同組織和投入,推進(jìn)產(chǎn)品級(jí)開發(fā)和終端應(yīng)用,形成了美歐日三足鼎立的產(chǎn)業(yè)布局,其中美國(guó)憑借科銳、道康寧等國(guó)際巨頭,居于領(lǐng)導(dǎo)地位,占有全球碳化硅產(chǎn)量的70—80%。而隨著中美貿(mào)易爭(zhēng)端加劇,美不斷加大對(duì)我寬禁帶半導(dǎo)體材料技術(shù)封鎖。美外資投資委員會(huì)以“國(guó)家安全”為由封殺了多起中資參與的并購(gòu)案,包括我產(chǎn)業(yè)基金對(duì)美、德半導(dǎo)體材料設(shè)備企業(yè)的收購(gòu)。 2 三大瓶頸制約我寬禁帶半導(dǎo)體材料自主可控 我寬禁帶半導(dǎo)體材料研發(fā)始于2004年,發(fā)展至今在國(guó)際仍處于產(chǎn)業(yè)跟跑階段,關(guān)鍵核心技術(shù)亟待突破。當(dāng)前,寬禁帶半導(dǎo)體在電力電子和射頻器件領(lǐng)域面臨重要窗口期,國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)巨頭尚未對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)形成完全壟斷,在政策和市場(chǎng)雙重推動(dòng)下,我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展正當(dāng)時(shí)。但工業(yè)基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)業(yè)化滯后、產(chǎn)業(yè)生態(tài)不完善始終制約我寬禁帶半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)自主可控,表現(xiàn)為三大瓶頸: 高端原材料、關(guān)鍵技術(shù)裝備遭“卡脖子” 部分籽晶、高純碳粉、高純氣體等原材料,石墨坩堝、碳基保溫材料等生產(chǎn)物料主要依賴進(jìn)口,存在被國(guó)外壟斷、禁運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)。生產(chǎn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率不高,如單晶爐主要由美國(guó)科銳、德國(guó)愛思強(qiáng)、日本三菱供貨,研磨機(jī)、拋光機(jī)、外延爐等生產(chǎn)裝備,微觀分析儀器等檢測(cè)設(shè)備也主要依賴進(jìn)口。 工藝技術(shù)差距制約質(zhì)量提升 國(guó)內(nèi)企業(yè)在制備碳化硅晶圓的技術(shù)工程化過程中仍存在提純、控溫、切割拋光等工藝技術(shù)難題,同時(shí)分析檢測(cè)手段相對(duì)不足,微觀特性差距嚴(yán)重影響晶體材料的質(zhì)量和性能,導(dǎo)致質(zhì)量不及國(guó)外,成本較高,器件企業(yè)不敢用,國(guó)產(chǎn)化替代難。 國(guó)外產(chǎn)業(yè)生態(tài)壁壘難以打破 國(guó)內(nèi)碳化硅材料企業(yè)規(guī)模較小,如北京天科合達(dá)半導(dǎo)體公司2—4英寸碳化硅晶圓的產(chǎn)能僅7萬片/年,而領(lǐng)域代表性企業(yè)美國(guó)科銳的產(chǎn)能按6英寸折算約為80萬—100萬片/年,約占全球市場(chǎng)的80%。此外,國(guó)外半導(dǎo)體材料研發(fā)投入比國(guó)內(nèi)早近 20年,市場(chǎng)占有率較高,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)器件企業(yè)的研發(fā)大都建立在國(guó)外晶圓的基礎(chǔ)上。而國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體材料企業(yè)由于初期難以得到下游器件企業(yè)的技術(shù)反饋,質(zhì)量提升較慢。 3幾點(diǎn)建議 聚焦高端原材料、制備及檢測(cè)裝備短板,突破關(guān)鍵核心技術(shù) 應(yīng)充分發(fā)揮材料、工藝和裝備一體化優(yōu)勢(shì),盡快突破大尺寸、高性能單晶襯底產(chǎn)業(yè)化技術(shù),結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,開發(fā)先進(jìn)的國(guó)產(chǎn)化工藝裝備和材料,以滿足寬禁帶半導(dǎo)體高速發(fā)展的需求。 以應(yīng)用為導(dǎo)向,建立“技術(shù)供給與市場(chǎng)拉動(dòng)一體化”的試點(diǎn)示范組織實(shí)施機(jī)制 制定包括技術(shù)集成、產(chǎn)品應(yīng)用、商業(yè)模式、工程監(jiān)管、標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)等在內(nèi)的系統(tǒng)化、集成化實(shí)施方案,重點(diǎn)開展面向電動(dòng)汽車、新能源與能源互聯(lián)網(wǎng)、5G 通信以及智能照明等重點(diǎn)領(lǐng)域的試點(diǎn)示范。 推動(dòng)央企在寬禁帶半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域開展聯(lián)合攻關(guān) 當(dāng)前,多家中央企業(yè)均積極布局寬禁帶半導(dǎo)體材料研發(fā)與應(yīng)用。建議主管部門統(tǒng)籌整合上下游央企科研力量,給予資金支持和政策傾斜,圍繞寬禁帶半導(dǎo)體材料制備工藝技術(shù)和設(shè)備開展聯(lián)合攻關(guān),加快實(shí)現(xiàn)我寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主可控。 鼓勵(lì)民營(yíng)、外資企業(yè)投資半導(dǎo)體制造業(yè) 鼓勵(lì)發(fā)展寬禁帶半導(dǎo)體專用材料及器件生產(chǎn)線,尤其針對(duì)有半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的大型企業(yè)集團(tuán)。應(yīng)用方面建議從對(duì)可靠性要求相對(duì)較低的消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)業(yè)、對(duì)寬禁帶半導(dǎo)體器件有剛性需求的產(chǎn)業(yè)(如光伏逆變器、5G 通信)、受政策導(dǎo)向影響較大的產(chǎn)業(yè)(如充電樁)等逐步切入市場(chǎng)。 企業(yè)最大限度利用海外成熟技術(shù)和人才 建議針對(duì)美、日等對(duì)我封鎖嚴(yán)格的國(guó)家,可通過人才和技術(shù)引進(jìn),或者在當(dāng)?shù)卦O(shè)研發(fā)中心的方式獲得技術(shù)資源。針對(duì)歐洲和俄羅斯,可考慮尋找中小規(guī)模材料或器件企業(yè)整體并購(gòu)或團(tuán)隊(duì)整體引進(jìn)的方式獲得合作。 注釋:固體中電子的能量具有不連續(xù)的量值,電子都分布在一些相互之間不連續(xù)的能帶上。價(jià)電子所在能帶與自由電子所在能帶之間的間隙稱為禁帶或帶隙。所以禁帶的寬度實(shí)際上反映了被束縛的價(jià)電子要成為自由電子所必須額外獲得的能量。硅的禁帶寬度為1.12電子伏特(eV),而寬禁帶半導(dǎo)體材料是指禁帶寬度在2.3eV及以上的半導(dǎo)體材料,典型的是碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、金剛石等材料。 | |||||
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