廣東省第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新發(fā)展芻議＊ 1

文/趙維 韋文求 賀龍飛

第三代半導(dǎo)體是指以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體（禁帶寬度大于2 eV），近年來擴展至氮化鋁（AlN）、金剛石、氧化鎵（Ga2O3）、氮化硼（BN）等超寬禁帶半導(dǎo)體。相比于以硅（Si）、鍺（Ge）為代表的第一代半導(dǎo)體和以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表的第二代半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體具有更大的禁帶寬度和擊穿電場、更高的工作頻率和電子漂移飽和速度、更穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)等優(yōu)異特性，可滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對高溫、高功率、高壓、高頻以及高輻射等惡劣條件的要求。第三代半導(dǎo)體是推動半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)“超越摩爾”的重要材料，是新一代通信、新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、新型顯示、航空航天等諸多高技術(shù)領(lǐng)域無可替代的“核芯”,也是實現(xiàn)碳達峰、碳中和、以及新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等國家戰(zhàn)略需要的重要環(huán)節(jié)，正逐漸成為全球各國取得競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略高地。

一、國內(nèi)外第三代半導(dǎo)體發(fā)展情況

當(dāng)前，國際上第三代半導(dǎo)體材料與器件已實現(xiàn)了從實驗室研發(fā)到規(guī)?；慨a(chǎn)的成功跨越，進入了產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展階段，在新能源汽車、高速軌道交通、5G通信、光伏并網(wǎng)、消費類電子等多個重點領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用突破。總體而言，美國、日本和歐盟等發(fā)達國家和地區(qū)在第三代半導(dǎo)體研發(fā)水平、產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度、市場占有率等方面均處于領(lǐng)先地位，在第三代半導(dǎo)體襯底和外延材料、芯片、器件、應(yīng)用、核心裝備等領(lǐng)域領(lǐng)跑全球。如美國在第三代半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)先優(yōu)勢明顯，擁有科銳（Cree）、道康寧等龍頭企業(yè)；歐洲建立了比較完備的產(chǎn)業(yè)鏈，在SiC器件方面擁有優(yōu)勢，代表企業(yè)有英飛凌（Infi neon）、恩智浦等；日本則重點發(fā)展設(shè)備和材料，代表企業(yè)有住友、三菱（Mitsubishi）、羅姆（ROHM）等。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球70%～80%碳化硅材料的產(chǎn)量來自于美國，約70%的SiC肖特基勢壘二極管來自美高森美、羅姆、英飛凌等歐美日企業(yè)。另據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，科銳、羅姆、三菱、英飛凌、意法半導(dǎo)體五家企業(yè)占有SiC功率半導(dǎo)體80%的市場份額；美國的宜普（EPC）、Transphorm和加拿大GaN system、德國英飛凌四家企業(yè)合計占有GaN功率半導(dǎo)體90%的市場份額；住友、電工、Cre e|Wolfspeed和Qorvo三家企業(yè)合計占有GaN射頻85%的市場份額。

我國從“九五”期間就開始部署發(fā)展GaN基半導(dǎo)體照明LED技術(shù)，“十二五”中期開始啟動SiC、GaN基電子器件的研發(fā)工作，在政策引導(dǎo)和市場需求的驅(qū)動下，目前我國已初步形成了從晶體生長、器件研發(fā)到裝備制造的較為完整的技術(shù)研發(fā)體系和產(chǎn)業(yè)鏈條，突破了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，產(chǎn)品應(yīng)用拓展速度不斷加快，初步形成了以京津冀、長三角和珠三角等為引領(lǐng)的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。但我國第三代半導(dǎo)體材料與器件總體技術(shù)水平仍落后于歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)，無論是第三代半導(dǎo)體材料，還是電力電子和微波射頻應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，我國都尚處于起步階段，企業(yè)規(guī)模都普遍較小，應(yīng)用產(chǎn)品大多處于中小批量試產(chǎn)階段，在材料和器件的產(chǎn)業(yè)化方面與國外先進水平相比存在較大差距。

近幾年，隨著中美貿(mào)易摩擦的不斷升級，我國在第三代半導(dǎo)體關(guān)鍵材料、核心裝備、精密檢測設(shè)備等方面面臨著西方發(fā)達國家的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運，加強第三代半導(dǎo)體關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和戰(zhàn)略產(chǎn)品研發(fā)，加快實現(xiàn)國產(chǎn)替代和核心技術(shù)自主可控已變得刻不容緩。

二、廣東第三代半導(dǎo)體發(fā)展現(xiàn)狀分析

早在本世紀(jì)初，廣東就在全國率先布局發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，2017年又在全國率先啟動了“第三代半導(dǎo)體材料與器件”重大專項，圍繞第三代半導(dǎo)體材料生長技術(shù)與設(shè)備、功率器件與模塊、射頻器件與模塊、新型顯示、深紫外固態(tài)光源等方面開展核心技術(shù)攻關(guān)與應(yīng)用研究。經(jīng)過多年的發(fā)展積累，目前廣東已初步建立了從材料、器件到封測、模組集成、終端應(yīng)用等的完整產(chǎn)業(yè)鏈條，在部分領(lǐng)域形成了廣東產(chǎn)業(yè)特色和競爭力。2020年廣東提出培育發(fā)展20個戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)集群，在前沿新材料戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群、半導(dǎo)體及集成電路戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群中，明確提出大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體芯片，解決“缺芯少核”問題，補齊芯片制造短板。

（一）第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈較為完整，涌現(xiàn)出一批具有較強創(chuàng)新能力和競爭力的代表性企業(yè)

近幾年，在政策引導(dǎo)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)推動和終端需求的牽引下，廣東第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展，形成了覆蓋上中下游的完整產(chǎn)業(yè)鏈條，培育發(fā)展了一批具備較強實力的創(chuàng)新型企業(yè)，在廣州、深圳、東莞、珠海等地打造形成了多個第三代半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)核心區(qū)域，推動全省新型電子信息產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大。目前，廣東第三代半導(dǎo)體已具有良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和龐大的終端市場優(yōu)勢，在各重點環(huán)節(jié)均已集聚了一批標(biāo)桿企業(yè)，正成為我國第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要極點。在GaN和SiC襯底及外延方面，擁有中鎵半導(dǎo)體、廣州南砂晶圓、比亞迪、東莞天域等為代表的典型企業(yè)。在功率器件、射頻器件及模塊方面，擁有以深圳基本半導(dǎo)體、珠海英諾賽科、鎵能半導(dǎo)體、河源眾拓、青銅劍科技、廣州芯聚能、海思半導(dǎo)體和深南電路等為代表的典型企業(yè)。在半導(dǎo)體器件與模塊制造方面，擁有深愛半導(dǎo)體、方正微電子、中芯國際（深圳）、粵芯半導(dǎo)體、國星半導(dǎo)體等龍頭企業(yè)。在功率電子、射頻器件等消費電子、工業(yè)應(yīng)用的眾多終端領(lǐng)域，匯聚了如比亞迪（新能源汽車）、華為（5G通信）、南方電網(wǎng)（能源互聯(lián)網(wǎng)）、易事特（工業(yè)電源）、格力（消費類電子）、美的（消費類電子）、華星光電（顯示）、TCL（顯示）等眾多第三代半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域龍頭企業(yè)。

（二）第三代半導(dǎo)體研發(fā)創(chuàng)新能力不斷提升，在部分領(lǐng)域突破了一批關(guān)鍵核心技術(shù)

在第三代半導(dǎo)體材料、工藝、裝備等相關(guān)領(lǐng)域，當(dāng)前廣東已培育了一批國內(nèi)具有一定影響力的高校和科研機構(gòu)，主要分布在廣州、深圳、東莞等地。其中，中山大學(xué)、華南理工大學(xué)、華南師范大學(xué)、南方科技大學(xué)等高校在第三代半導(dǎo)體基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域擁有較強的科研實力，培養(yǎng)輸送了大批優(yōu)秀科研人才；廣東省科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、工信部電子五所等科研機構(gòu)從事第三代半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)，并面向廣東省產(chǎn)業(yè)鏈提供公益性服務(wù)平臺支撐；松山湖材料實驗室、季華實驗室等省實驗室分別從材料、裝備零部件等領(lǐng)域提供重要技術(shù)支撐。自2019年《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》發(fā)布以來，已有數(shù)十家省外科研單位到粵港澳大灣區(qū)成立研發(fā)機構(gòu)，其中多個涉及到第三代半導(dǎo)體。在核心技術(shù)攻關(guān)方面，比亞迪、英諾賽科、中鎵半導(dǎo)體、中圖半導(dǎo)體、國星半導(dǎo)體、方正微電子和易事特等企業(yè)承擔(dān)了多個重大重點科技攻關(guān)項目，并在新型半導(dǎo)體材料、器件、模塊等方面突破了一批“卡脖子”技術(shù)，個別細分領(lǐng)域已達到國際先進水平。如掌握了位錯密度達到106cm-2量級的AlN外延技術(shù)、6英寸SiC單晶生長及襯底加工技術(shù)、6英寸650V～3 300V單極性功率器件用4H-SiC外延晶片的批量化高良率生產(chǎn)制造技術(shù)、4英寸氮化鎵單晶材料的高質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)與制備技術(shù)、8英寸Si基高均勻性厚膜GaN外延生長技術(shù)，實現(xiàn)了1200V SiC MOSFET批量生產(chǎn)并銷售，進一步縮小了與國外的技術(shù)差距。

（三）第三代半導(dǎo)體發(fā)展雖然取得重大成效，但仍然面臨諸多問題和挑戰(zhàn)

雖然廣東第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，成效顯著，但仍存在著不少制約發(fā)展的問題和挑戰(zhàn)。首先，從全國情況來看，近幾年廣東在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展速度偏慢，據(jù)CASA Research不完全統(tǒng)計，2020年全國報道24個相關(guān)投資擴產(chǎn)項目，金額為694億元（不含LED光電項目），其中廣東只有南砂晶圓1個項目，金額9億元。其次，廣東第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)存在發(fā)展不均衡現(xiàn)象，應(yīng)用端需求旺盛、發(fā)展快速，但產(chǎn)業(yè)鏈上游的材料、芯片以及相關(guān)裝備、輔材等發(fā)展相對滯后，不能夠很好地滿足應(yīng)用端的需求。再次，廣東尚未形成有效的第三代半導(dǎo)體區(qū)域創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，公共服務(wù)平臺投入不足，檢驗檢測標(biāo)準(zhǔn)和能力尚欠缺，關(guān)鍵核心技術(shù)突破和成果產(chǎn)業(yè)化的速度較慢，科研水平和研發(fā)能力較北京等地區(qū)還有差距，一些關(guān)鍵材料、核心裝備依然面臨國外技術(shù)封鎖和管制，第三代半導(dǎo)體對全省高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略支撐作用與自主保障能力未能充分體現(xiàn)。

三、加快廣東第三代半導(dǎo)體發(fā)展的對策與建議

（一）加強制度頂層設(shè)計

由于第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈條較長，研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化都需要大量投入，必須協(xié)調(diào)政產(chǎn)學(xué)研各方面力量，實現(xiàn)政策鏈、創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、資本鏈等各創(chuàng)新要素的有機結(jié)合，推動產(chǎn)業(yè)不斷做大做強。建議在省級層面進一步強化對第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃引導(dǎo)與資源統(tǒng)籌布局，推動各地區(qū)結(jié)合產(chǎn)業(yè)實際進行錯位發(fā)展，最大限度提高資源要素配置效率，避免重復(fù)建設(shè)和資源浪費。按照“鍛長板、補短板”的發(fā)展思路，重點扶持長板，迅速形成廣東第三代半導(dǎo)體的特色和優(yōu)勢，增強競爭的話語權(quán)；加強補齊短板，持續(xù)推進關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，構(gòu)建跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨地域的全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展格局，確保產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全。

（二）推進產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)

以建立適宜于第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新與應(yīng)用生態(tài)為目標(biāo)，加大財政資金投入力度，加強與國家基金的對接，做大做強省集成電路基金，支持第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。在政策扶持方面，省市區(qū)政府部門加強對流片補貼、工業(yè)用地用電等方面的支持力度，鼓勵和支持行業(yè)龍頭骨干企業(yè)、創(chuàng)新型企業(yè)增資擴產(chǎn)，提升產(chǎn)能。在關(guān)鍵產(chǎn)品方面，加大對第三代半導(dǎo)體晶圓制造線、芯片產(chǎn)線等重大項目的引進和扶持力度，補齊產(chǎn)業(yè)發(fā)展短板。在市場培育方面，充分發(fā)揮廣東半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的成功經(jīng)驗，強化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范與成果推廣的體制機制創(chuàng)新，加快推動第三代半導(dǎo)體技術(shù)及產(chǎn)品在全省其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用進程，力爭把廣東打造成為全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用先行區(qū)。

（三）持續(xù)推進技術(shù)創(chuàng)新

持之以恒地開展基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)與科技成果轉(zhuǎn)化是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)健發(fā)展的基礎(chǔ)。建議進一步整合各方優(yōu)質(zhì)資源，加大公共研發(fā)平臺建設(shè)的投入力度，創(chuàng)新高層次人才團隊的引進和培育，促進重大科技成果的轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化。同時，緊密結(jié)合廣東省戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需求，瞄準(zhǔn)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重大關(guān)鍵科技問題，以“超越摩爾”為核心導(dǎo)向，推動核心技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)先進半導(dǎo)體材料、輔助材料、關(guān)鍵技術(shù)、重要裝備等的自主可控。

（四）打造高層次人才隊伍

目前，全國范圍內(nèi)半導(dǎo)體與集成電路人才缺口大、競爭激烈。作為一個系統(tǒng)性強、集成度高、應(yīng)用性強的行業(yè)，半導(dǎo)體與集成電路行業(yè)高水平人員具有十分突出的行業(yè)特點。比如，很多高端人才來自國際知名半導(dǎo)體企業(yè)，掌握著產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)，他們往往文章發(fā)表相對少、學(xué)歷也不一定非常高，但是對什么是真正急需的技術(shù)、創(chuàng)新方法具有更深的認識和把握。建議廣東省加大對半導(dǎo)體與集成電路科研人才及團隊的引進力度，面向全球引進一批戰(zhàn)略科學(xué)家、企業(yè)家和高端技術(shù)研發(fā)人才團隊，進一步夯實人才發(fā)展基礎(chǔ)。優(yōu)化人才評選機制，在人才評定方面適度放寬文章、學(xué)術(shù)頭銜、年齡等標(biāo)準(zhǔn)，加大行業(yè)專家意見的比重，引進和培養(yǎng)一批實干型科研骨干力量。鼓勵高校院所設(shè)立第三代半導(dǎo)體相關(guān)專業(yè)及學(xué)科，加強對企業(yè)急需的一線工程師和技術(shù)工人的培養(yǎng)，建立一支專業(yè)素質(zhì)比較高、業(yè)務(wù)能力比較強的工程師人才隊伍。