近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，半導(dǎo)體技術(shù)變得愈加重要。在半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展歷程中，第三代半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)為半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了新的變革。日前，在2023中關(guān)村論壇“北京（國(guó)際）第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新發(fā)展論壇”上，科學(xué)技術(shù)部副部長(zhǎng)相里斌表示，以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體具有優(yōu)異性能，在信息通信、軌道交通、智能電網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域有巨大市場(chǎng)。相里斌還表示，科技部將聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)和重大應(yīng)用方向，重點(diǎn)突破材料、器件、工藝和裝備技術(shù)瓶頸。本文將從以下幾個(gè)方面對(duì)第三代半導(dǎo)體的現(xiàn)狀和前景進(jìn)行分析。

第三代半導(dǎo)體概述

第三代半導(dǎo)體是在硅、鍺、砷化鎵、氮化鎵、氮化鋁等半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的新型半導(dǎo)體材料，首先被提出的是氮化硼和碳化硅，后來(lái)又發(fā)展出了氮化鎵、氮化鋁鎵。第三代半導(dǎo)體材料具有以下特性：

1.優(yōu)異的電學(xué)性能，包括高電子遷移速度、高飽和電流密度、高熱傳導(dǎo)系數(shù)等。

2.較大的寬禁帶寬度，可以抵抗高溫、高電場(chǎng)和抗輻照，可以發(fā)揮更好的性能。

3.高速、低功率、高耐用性、高可靠性和高效率。

4.可以開(kāi)發(fā)出新型器件，如超高速晶體管、功率晶體管、硅基太陽(yáng)能電池、傳感器等。

5.可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代信息技術(shù)、化工、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、能源等領(lǐng)域。

第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)前景

第三代半導(dǎo)體在信息通信、軌道交通、智能電網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域有巨大市場(chǎng)。例如，碳化硅器件由于具有耐高溫、耐高壓、低漏電流、低開(kāi)關(guān)損耗等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于新能源、電子信息、工業(yè)領(lǐng)域等，已經(jīng)成為智能終端、汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化等市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。碳化硅是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，其應(yīng)用在功率電子產(chǎn)品中可以大大提高電力轉(zhuǎn)換效率，從而減少電能損耗，還可以應(yīng)用于超高速電子學(xué)應(yīng)用，如雷達(dá)系統(tǒng)、導(dǎo)航、氣象預(yù)報(bào)、空中交通控制等。

此外，第三代半導(dǎo)體還可以用于軌道交通領(lǐng)域，如高速列車、地鐵、電車等，可以提高車輛的整體性能，減少能耗和廢氣排放。在智能電網(wǎng)領(lǐng)域，第三代半導(dǎo)體可以用于電網(wǎng)穩(wěn)定性的控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化運(yùn)營(yíng)和快速響應(yīng)。在新能源汽車領(lǐng)域，碳化硅和氮化鎵器件可用于電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)和快速充電，使其具有更高的效率和穩(wěn)定性。此外，第三代半導(dǎo)體還可以應(yīng)用于醫(yī)療健康、工業(yè)控制、防衛(wèi)安全等領(lǐng)域。 ?

第三代半導(dǎo)體技術(shù)現(xiàn)狀

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在處于快速增長(zhǎng)期。一些國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)巨頭已經(jīng)投入了大量資金來(lái)發(fā)展第三代半導(dǎo)體技術(shù)，并取得了一些進(jìn)展。例如，在國(guó)內(nèi)，總部位于上海的華虹半導(dǎo)體已經(jīng)在碳化硅和氮化鎵器件方面取得了一定的成績(jī)。華為正在與日本科技公司合作，研發(fā)第三代半導(dǎo)體。

另外，北京市順義區(qū)已經(jīng)初步形成了從裝備到材料、芯片、模組、封裝檢測(cè)及下游應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈布局，在技術(shù)研發(fā)方面，第三代半導(dǎo)體的材料、器件、工藝和裝備技術(shù)瓶頸已經(jīng)被科技部所關(guān)注。科技部黨組成員、副部長(zhǎng)相里斌表示，科技部將聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)和重大應(yīng)用方向，重點(diǎn)突破這些技術(shù)瓶頸。 然而，在發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)時(shí)也面臨不少“成長(zhǎng)中的煩惱”。例如，原始創(chuàng)新和面向應(yīng)用的基礎(chǔ)研究能力不強(qiáng)，關(guān)鍵裝備和原材料高度依賴進(jìn)口，產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全存在風(fēng)險(xiǎn)，缺少開(kāi)放、鏈條完整、裝備條件先進(jìn)的第三代半導(dǎo)體研發(fā)中試平臺(tái)等問(wèn)題需要解決。

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游材料、中游芯片器件、下游應(yīng)用和設(shè)備四個(gè)層面。在上游材料階段，需要精密制造、材料研發(fā)等環(huán)節(jié)，如碳化硅、氮化鎵、氮化鋁、硼氮化硅等材料的生產(chǎn)和研發(fā)；在中游芯片器件階段，需要進(jìn)行晶圓制造、器件設(shè)計(jì)和工藝制造等環(huán)節(jié)；在下游應(yīng)用階段，需要進(jìn)行解決方案、系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié)，如汽車電子、智能終端等領(lǐng)域；在設(shè)備階段，需要生產(chǎn)生產(chǎn)用設(shè)備，如ASML（荷蘭）和應(yīng)用材料（美國(guó)）等設(shè)備制造企業(yè)。



為了加強(qiáng)與眾多中小企業(yè)和研發(fā)團(tuán)隊(duì)的深度合作，國(guó)內(nèi)的第三代半導(dǎo)體企業(yè)在建立完整的生態(tài)系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈方面還有一些困難。從整個(gè)國(guó)家范圍來(lái)看，第三代半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)的建立需要提高產(chǎn)業(yè)鏈的開(kāi)放度和完整度，需要政府和產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)等各方合作，建立技術(shù)交流，推進(jìn)共性技術(shù)和信息資源互通，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究的共同發(fā)展，以便加快第三代半導(dǎo)體基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和成果的應(yīng)用。

第三代半導(dǎo)體的發(fā)展策略

發(fā)展第三代半導(dǎo)體需要聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)和重大應(yīng)用方向，重點(diǎn)突破材料、器件、工藝和裝備技術(shù)瓶頸。除了加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)外，還需要建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈，打通上下游和產(chǎn)學(xué)研的合作，逐步完善完整且供應(yīng)鏈，推動(dòng)共性技術(shù)和信息資源的互通，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究的共同發(fā)展，以便加快第三代半導(dǎo)體基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和成果的應(yīng)用。

同時(shí)，應(yīng)當(dāng)重視軍民融合領(lǐng)域的切入，將第三代半導(dǎo)體技術(shù)和現(xiàn)代國(guó)防科技緊密結(jié)合，促進(jìn)國(guó)防和民用領(lǐng)域技術(shù)的相互滲透，加速戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展。這也是中國(guó)在全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)的一種方法。

結(jié)論

可以看出，第三代半導(dǎo)體在信息通信、軌道交通、智能電網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域有著巨大的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但也面臨著一些困難和問(wèn)題。半導(dǎo)體是一個(gè)全球性產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)企業(yè)需要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)合作、供應(yīng)鏈等方面的打通，推動(dòng)營(yíng)造更好的發(fā)展環(huán)境，以便加快第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的完善和提高中國(guó)嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

審核編輯：劉清