摘要：以“十三五”國家重點研發(fā)計劃戰(zhàn)略性先進電子材料重點專項實施方案與績效評價為基礎，根據(jù)“卡脖子”技術的基本屬性，總結(jié)分析“卡脖子”技術的研判方法，梳理和分析第三代半導體材料、新型顯示、大功率激光材料與器件、高端光電子與微電子材料等四個方向存在的“卡脖子”技術典型案例，并初步探討“十四五”期間破解先進電子材料領域“卡脖子”技術的對策。

近年來，隨著中美貿(mào)易關系惡化，逆全球化趨勢漸顯。美國及西方國家對我國關鍵核心技術的斷供清單越來越多，對我國的高新技術產(chǎn)業(yè)的生存和發(fā)展形成巨大的威脅。關于“卡脖子”問題，******高度關注。早在 2013 年就指出：“要采取‘非對稱’戰(zhàn)略，更好發(fā)揮自己的優(yōu)勢，在關鍵領域、卡脖子的地方下大功夫?！?/p>

本文嘗試在對“卡脖子”技術的內(nèi)涵與識別方法進行分析歸納的基礎上，研判并分析第三代半導體材料與半導體照明、新型顯示、大功率激光材料與器件、高端光電子與微電子材料四個方向的“卡脖子”技術，并從國家政策、科技計劃部署等方面初步探討“十四五”時期破解先進電子材料領域“卡脖子”技術的對策。 1

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先進電子材料領域“卡脖子”技術研判與分析

可以將我國先進電子材料領域?qū)ξ鞣絿业摹翱ú弊印奔夹g分為三種不同的依賴程度。

一是必須使用國外技術，我們完全不掌握且沒有可替代的技術。一旦被“卡脖子”，依賴這些關鍵技術、原材料或零部件生產(chǎn)的企業(yè)會直接帶來產(chǎn)業(yè)鏈斷裂的后果。

二是西方發(fā)達國家掌握核心技術、具有很大的產(chǎn)品性能和占領市場的優(yōu)勢，能夠在關鍵時間點上對我國的高技術產(chǎn)業(yè)安全造成嚴重影響。而我們具有較好的研發(fā)基礎，但沒有形成生產(chǎn)力，通過組織集中攻關能夠制造出替代品，或者擁有在一定程度上降低終端產(chǎn)品的性能的替代品，就可以在較短時間內(nèi)解決產(chǎn)業(yè)安全問題。

三是我們擁有替代技術，只是由于知識產(chǎn)權束縛或市場原因沒有進行生產(chǎn)性驗證，這類技術只要完成產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中的匹配性驗證，就能迅速成為替代品，這種情況對我國產(chǎn)業(yè)的威脅是有限的。

按照“卡脖子”技術基本屬性、技術方向與研發(fā)生產(chǎn)要素三個維度，對先進電子材料“卡脖子”技術進行研判，梳理出四個方向的“卡脖子”技術典型案例，如下圖所示。

1 第三代半導體材料

第三代半導體材料是電力電子器件、射頻功率器件、半導體照明等技術的“核芯”，屬于戰(zhàn)略必爭的高新技術，其優(yōu)越的性能和在國民經(jīng)濟、國防安全、社會民生等領域的廣泛應用，成為國際社會科技競爭的焦點之一。當前，我國已建和在建全球最快運營速度、最長運營里程、最佳效益的高速軌道交通。然而，決定著上述高端裝備的關鍵性能的核心芯片及其材料都被國外公司壟斷，其中涉及功率處理單元的功率芯片大部分都依靠進口。一旦國外對我們進行技術封鎖和芯片、材料禁運，我國高速軌道交通的發(fā)展將受到嚴重制約。高導電型碳化硅單晶襯底材料和中低摻雜、厚外延碳化硅外延材料是高速列車電機驅(qū)動裝置的關鍵核心材料。國際上碳化硅（SiC）外延片目前已實現(xiàn)了6英寸的大批量商業(yè)化產(chǎn)品，8英寸產(chǎn)品也已出現(xiàn)。目前已經(jīng)開發(fā)出低缺陷密度6英寸 SiC N 型襯底，微管密度（MPD）低于 1 個 /cm2。SiC 外延片方面，實際用于器件生產(chǎn)的 N 型外延片的最大厚度約 50μm( 研發(fā)厚度 150μm 以上 )，而 P 型外延片仍然處于研發(fā)階段，研發(fā)的最大厚度達到 150μm，少數(shù)載流子壽命提高至 6.5μs。在國內(nèi)，SiC 襯底仍然以4英寸為主，已實現(xiàn)微管缺陷密度低于 1 個/cm2，6英寸襯底已開始小批量供貨。國內(nèi)已開始小批量生產(chǎn)6英寸 SiC 外延片 , 表面缺陷密度和位錯缺陷密度仍然較高，有待進一步降低。實際用于器件生產(chǎn)的 N 型外延片的最大厚度約 30μm( 研發(fā)厚度約 100μm)，而 P 型外延片仍然處于研發(fā)階段，研發(fā)的最大厚度僅 30μm，且少數(shù)載流子壽命僅 1μs。5G 通信基站及終端對6英寸高純半絕緣 SiC 襯底材料有迫切需求，國外嚴格禁運。美國 CREE 公司為全球最先進的 SiC 襯底生產(chǎn)商，該公司已經(jīng)實現(xiàn)6英寸高純半絕緣 SiC 襯底商業(yè)化批量生產(chǎn)，另外美國 II-VI 公司也實現(xiàn)6英寸摻雜半絕緣 SiC 襯底的批量生產(chǎn)。SiC 襯底材料是未來新能源和 5G通信領域中 GaN 器件的基石，被卡后影響 SiC 襯底GaN HEMT 材料的生長和發(fā)展，SiC 襯底 GaN HEMT材料主要用于 GaN 射頻器件的制造，應用在 5G 宏基站、毫米波小基站、相控陣雷達及微波通信領域，被卡后會延緩 5G 基站的建設速度和行業(yè)的發(fā)展速度。國內(nèi)起步較晚，跟國外相比差距較大，近幾年在各方的努力下，取得了較大的進步。山東天岳、山西爍科、河北同光、天科合達已經(jīng)開展 6 英寸高純半絕緣 SiC 襯底材料的研究工作，實現(xiàn)少量樣品加工，距離大規(guī)模生產(chǎn)還有一定的差距。

2新型顯示

新型顯示產(chǎn)業(yè)是我國全面推進“互聯(lián)網(wǎng) +”國家戰(zhàn)略的基礎硬件設施保證，我國尚未完全掌握超高清成像芯片材料器件前端技術及其相關的產(chǎn)品，如發(fā)光材料、控制芯片、工藝裝備等方面。如果掌握這些技術和產(chǎn)品的國家及相應的廠商不準或不愿意提供或銷售給中國，將嚴重影響我國顯示全產(chǎn)業(yè)鏈安全。以蒸鍍有機發(fā)光二極管（OLED）紅綠藍發(fā)光材料為例，全球蒸鍍 OLED 材料的專利基本被韓、美、德、日等國家企業(yè)所掌控，知名企業(yè)包括UDC、 陶 氏 化 學、 出 光 興 產(chǎn)、Merck、SDI、LG 化學、SFC、德山等，蒸鍍紅、藍、綠三種顏色的蒸鍍 OLED 發(fā)光材料均已量產(chǎn)，并實現(xiàn)全色顯示。OLED 載流子注入、傳輸材料生產(chǎn)主要還集中在韓國、日本、德國和美國廠商手中，主要為德山金屬、LG 化學、三星 SDI、日本東麗、保土谷化學、默克、陶氏化學、JNC 等，這些廠商經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成了較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，基本上都有對口合作的、穩(wěn)定的 OLED 前段材料供應商。我國 OLED 材料企業(yè)以仿制或者技術含量較低的中間體和單粗體產(chǎn)品為主，供應給韓國、日本、美國、德國廠商，蒸鍍 OLED 紅綠藍發(fā)光材料和載流子注入、傳輸材料嚴重依賴進口。一旦國外限制出口，會引發(fā)國內(nèi)新型顯示產(chǎn)業(yè)危機，嚴重威脅新型顯示產(chǎn)業(yè)的安全發(fā)展。鼎材科技、三月光電、奧來德、華睿、阿格蕾雅、瑞聯(lián)、惠成、西安瑞聯(lián)等已開展相關材料自主研發(fā)，已經(jīng)部分突破蒸鍍OLED 材料國外專利的封鎖。

3大功率激光材料與器件

激光材料與器件具有重要的戰(zhàn)略意義并可支撐高端先進制造，應用于壓縮脈寬器件（半導體可飽和吸收鏡）和激光器泵浦源半導體激光材料仍是“卡脖子”技術。國外深入研究了InGaAs 可飽和吸收材料載流子動力學，開發(fā)了低溫生長，摻雜，質(zhì)子轟擊，離子注入，缺陷誘導等一系列有效減小 InGaAs材料載流子壽命的技術，獲得載流子壽命 <500fs 的InGaAs 材料，有效實現(xiàn)飛秒級激光脈沖輸出。優(yōu)勢單位有德國 BATOP 公司、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院、芬蘭坦佩雷理工大學、新加坡南洋理工大學。中科院半導體所成功研制了 InGaAs 可飽和吸收材料，獲得脈沖寬度 <10ps 的超快激光脈沖。因國內(nèi)起步晚，研究單位少，InGaAs 可飽和吸收材料性能與國外有較大差距，以跟蹤仿制為主，因此國內(nèi)超快激光器制造商普遍采用德國BATOP公司的產(chǎn)品作為鎖模器件。如果德國 BATOP 公司停止為我國供應 InGaAs 可飽和吸收材料的 SESAM 器件，我國超快激光器制造商將無鎖模器件可用，很可能造成生產(chǎn)停滯。近年來，國外針對大功率 808nm 垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）材料的研究持續(xù)展開。通過頂發(fā)射結(jié)構、襯底去除和串聯(lián)封裝等工作改善了 808nmVCSEL 材料的熱特性，實現(xiàn)了最大光電轉(zhuǎn)換效率達到 50% 和 kW 級的峰值輸出功率，有效的提高了材料對固態(tài)激光器的泵浦效率。國內(nèi)對大功率 808nmVCSEL 材料的研究起步較晚，目前只有中科院半導體所、中科院長春光機所等少數(shù)科研單位開展了相關研究，研究主要集中在有源區(qū)的理論設計和大口徑的單管 VCSEL 和小型陣列研究方面，對于可實用的大尺寸 VCSEL 二維陣列研究亟待推進。由于大功率 808nm VCSEL 材料是作為緊湊化固態(tài)激光器泵浦源的關鍵材料。缺乏相關的研制能力會導致我國在武器裝備，電子對抗，空間及深海激光通信等領域缺少重要的研發(fā)材料。?

4 高端光電子與微電子材料

高端光電子與微電子材料是發(fā)展下一代互聯(lián)網(wǎng)絡與人工智能的關鍵材料。高純度稀土材料等器件很多還依賴進口。專項在 CMP 拋光材料、光刻膠、電子封裝材料、高純超凈試劑、特種氣體、印刷線路板材料及配套化學品、液晶及配套材料等高端電子化學品方面仍投入不足，高端電子化學品被譽為精細化工皇冠上的明珠，但生產(chǎn)工藝要求高，材料純度最高為 G5 級，我國產(chǎn)品質(zhì)量處于 G2、G3 級，市場基本被國外壟斷，是影響我國集成電路和其它半導體器件等支柱產(chǎn)業(yè)的重要材料。傳感器是人類獲取自然和生產(chǎn)領域中信息的主要途徑與手段，是當前推動經(jīng)濟社會各領域從數(shù)字化、網(wǎng)絡化向智能化加速躍升所必須的物聯(lián)網(wǎng)基礎器件。與歐美、日韓等傳感器設計與制造強國相比，我國對于硅基薄膜傳感器材料的研究投入較少，嚴重制約了低功耗、高可靠、高性能、易于集成的傳感器的發(fā)展，限制了移動智能終端的大數(shù)據(jù)獲取能力。隨著人工智能技術持續(xù)創(chuàng)新與社會經(jīng)濟的深度融合，人工智能產(chǎn)業(yè)已上升為國家戰(zhàn)略，智能傳感器正成為各個發(fā)達國家競相角逐的技術高點之一。我國在硅基成像芯片、壓力和溫度傳感器的敏感材料和制備工藝自主研發(fā)能力較強，結(jié)合人工智能算法技術的突破，在人工視覺、聽覺和觸覺系統(tǒng)的性能已達到甚至超越了人類，但針對生物、化學分子檢測的硅基傳感器尚未取得規(guī)?；瘧?，生化敏感材料基礎理論和晶圓級硅基兼容制造技術與國外相比起步較晚。由于生化傳感器芯片是事關國家安全和人民生命健康的戰(zhàn)略性基礎元器件和關鍵核心技術，一旦國外封鎖禁運，將導致我國在人工智能對抗中處于不利局面。 1

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先進電子材料領域“卡脖子”技術對策分析

電子材料行業(yè)內(nèi)的“卡脖子”問題。既有政策技術原因，也有社會經(jīng)濟層面的因素，因此，在“卡脖子”技術的攻克上要充分發(fā)揮我國社會主義制度優(yōu)勢，整合國內(nèi)資源，作出優(yōu)先部署，集中力量對“卡脖子”技術進行點對點突破；同時也要徹底解決“卡脖子”的根源—基礎理論研究薄弱。

（1）建立以高校和研究院所為主體的電子材料創(chuàng)新研究體系。高校應當發(fā)揮學科門類齊全、科技人才聚集、基礎研究厚實等獨特優(yōu)勢，努力瞄準世界科技前沿，加強對關鍵共性技術、前沿引領技術、現(xiàn)代工程技術、顛覆性技術的攻關創(chuàng)新，在服務國家實現(xiàn)關鍵核心技術自主可控、牢牢掌握自主創(chuàng)新主動權方面擔當重要責任。

（2）建立以具有國家責任的企業(yè)為主導的電子材料產(chǎn)業(yè)技術開發(fā)共同體。不論是在計劃經(jīng)濟時期，還是社會主義市場經(jīng)濟時期，企業(yè)都是政府有效參與經(jīng)濟建設與治理的重要組織載體，是新時代推動國家治理體系與治理能力現(xiàn)代化的重要微觀主體。

（3）建立以科研院所、高校和企業(yè)深度融合的關鍵核心技術聯(lián)合研發(fā)機制。在部分具備商業(yè)化前景的關鍵領域，大力實施軍民協(xié)同戰(zhàn)略，采取項目制的形式，推動形成以軍工企業(yè)和大型國有企業(yè)主導、民營企業(yè)參與等融通創(chuàng)新的新模式，組建面向“高效 + 研究院所 + 企業(yè)”的創(chuàng)新聯(lián)合體。

（4）構建面向電子材料“卡脖子”技術的強協(xié)同與弱耦合的創(chuàng)新生態(tài)圈。通過努力實現(xiàn)國有企業(yè)和民營企業(yè)之間的產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、價值鏈的分工協(xié)作體系，建構面向多類創(chuàng)新主體、創(chuàng)新要素與創(chuàng)新機制協(xié)同耦合的創(chuàng)新共同體。 1

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總結(jié)

本文立足于先進電子材料領域，對第三代半導體材料與半導體照明、新型顯示、大功率激光材料與器件、高端光電子與微電子材料四個主要方向的“卡脖子”技術進行了分析。首先，闡述了“卡脖子”技術的特征及內(nèi)涵；其次，提出了一系列完善的“卡脖子”技術識別方法及步驟，并利用此方法對電子材料領域的技術性問題進行了整理歸納；隨后，又分別針對材料、工藝、器件、裝備、軟件這五個方面的典型“卡脖子”技術問題，分析了國內(nèi)外的現(xiàn)狀以及差距；最后，從政策建議、科技計劃部署、高校、企業(yè)及研究所等多個層面提出了建議和措施，并分析了預期的成果。本文旨在探索“卡脖子”技術問題的攻關和突破的路徑，為我國能在“十四五”的新征程中搶占世界科技創(chuàng)新的制高點提供策略和指引。