11月17日，由工業(yè)和信息化部、安徽省人民政府共同主辦的2022世界集成電路大會在安徽省合肥市開幕。作為大會主題論壇之一，寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新論壇于18日下午成功舉辦。會上，多位專家和企業(yè)家針對寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)展開討論。

隨著后摩爾時代的來臨，以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體，憑借優(yōu)異的物理特性逐漸走入了人們的視野，成為了集成電路技術(shù)中備受關(guān)注的領(lǐng)域，也被視為后摩爾時代半導(dǎo)體發(fā)展的“蹊徑”之一。

第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長兼秘書長楊富華認為，中國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正迎來戰(zhàn)略機遇期。目前，新型電力系統(tǒng)、高鐵、新能源汽車、5G/6G通信、半導(dǎo)體照明及超越照明、工業(yè)電機及消費電子市場等市場已啟動，應(yīng)用需求將大大驅(qū)動技術(shù)創(chuàng)新。如今，在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域中國已經(jīng)有了一定的技術(shù)儲備，且國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和裝備巨頭還未形成專利、標準和規(guī)模的壟斷，中國與國際先進水平差距不大。此外，與集成電路相比，寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的投資門檻不高，對工藝尺寸線寬、設(shè)計復(fù)雜度、裝備精密制造要求相對低。同時，中國精密加工制造技術(shù)和配套能力的進步迅猛，特別是有01、02專項的基礎(chǔ)，已經(jīng)具備開發(fā)并逐步主導(dǎo)該產(chǎn)業(yè)的能力和條件。

與此同時，寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)也面臨著重重挑戰(zhàn)。其一，材料瓶頸。在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域，中國缺乏產(chǎn)業(yè)級和規(guī)?；南冗M材料研發(fā)，碳化硅籽晶和單晶生長工藝控制技術(shù)與國際有一定差距。其二，芯片代差。中國在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的介質(zhì)材料、高溫高能量等工藝不成熟，芯片制造能力弱、產(chǎn)能不足，良率低、成本高、可靠性差。其三，應(yīng)用迭代不足。中國的寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)在芯片設(shè)計與應(yīng)用方面的匹配性不夠，上下游聯(lián)動迭代不夠，在系統(tǒng)中成本占比低，國產(chǎn)進入應(yīng)用供應(yīng)鏈難度大、周期長，產(chǎn)業(yè)化能力提升慢。其四，裝備依賴進口。如今，國產(chǎn)寬禁帶半導(dǎo)體的裝備技術(shù)引領(lǐng)性不足，處于跟跑狀態(tài)，檢測設(shè)備基本全部依賴進口。其五，人才急缺。如今，中國半導(dǎo)體行業(yè)各層次人才規(guī)模不夠，高端和戰(zhàn)略性人才急缺。

中國電子科技集團公司第四十三研究所副所長胡朝春表示，寬禁帶器件的優(yōu)異特性能夠進一步提升功率轉(zhuǎn)換效率，是支撐能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、通信系統(tǒng)升級、新一代動力裝備的核心關(guān)鍵器件。此外，由于硅器件在功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的工作頻率、效率和工作溫度等已達極限，迫切需要采用寬禁帶器件來提升性能。

然而，如今寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)也面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。在系統(tǒng)設(shè)計方面，需要降低高頻電路帶來的損耗以及提升氮化鎵器件的可靠驅(qū)動。在封裝集成方面，需要突破高溫封裝技術(shù)、低寄生電感互連、高功率密度系統(tǒng)集成等技術(shù)難關(guān)。

意法半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁、汽車和分立器件產(chǎn)品部(ADG)功率晶體管子產(chǎn)品部副總裁Edoardo Merli在視頻演講中提到，未來汽車的發(fā)展趨勢和目標包括：減輕重量、減少功率損耗、續(xù)航里程擴大到1000公里、減少充電次數(shù)及充電時間、提高可靠性、降低成本等。由于碳化硅器件擁有卓越的熱特性和電氣特性，順應(yīng)了電動汽車的技術(shù)發(fā)展趨勢，為電動汽車逆變器技術(shù)帶來了顛覆性的變革。

深圳基本半導(dǎo)體有限公司總經(jīng)理和巍巍表示，碳化硅等寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)主要是在能量轉(zhuǎn)換里面發(fā)揮更優(yōu)異的作用。目前，碳化硅主要有兩個前瞻性的應(yīng)用，其一是軌道交通，其二是智能電網(wǎng)。在軌道交通方面，日本的企業(yè)較為領(lǐng)先，2013年2月，三菱電機向東京地鐵供應(yīng)混合碳化硅模塊，這是全球首次在軌道交通輔助電源上使用碳化硅器件。2020年7月，日本新干線新一代N700S系電力動車組投入運營，在牽引逆變器中采用了碳化硅器件作為核心功率器件。在智能電網(wǎng)方面，高壓直流輸電換流閥、柔性直流輸電換流閥、靈活交流輸電裝置、高壓直流斷路器、電力電子變壓器等裝置是主要應(yīng)用場景。此外，如今高壓大電流碳化硅器件已經(jīng)達到萬伏級，國家電網(wǎng)預(yù)測2030年后將實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，用于電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)的大容量變換設(shè)備，市場容量巨大。

SwissSEM Technologies AG公司CTO Arnost Kopta表示，碳化硅MOSFET的整體性能優(yōu)于硅IGBT，這是一個不容爭議的事實。但是，與IGBT相比，由于原材料、加工和產(chǎn)量等因素，碳化硅目前的總成本仍然較高。同時，碳化硅的一些優(yōu)勢也難以充分被利用，比如：更高的結(jié)溫；受到封裝的制約，更高的開關(guān)速度會造成更低的開關(guān)損耗；受到變流器寄生參數(shù)的制約。因此，碳化硅MOSFET和硅IGBT這兩個主要器件未來將共存很長一段時間，市場份額會根據(jù)系統(tǒng)的總成本來劃分，且隨著時間的推移，市場會變得更加成熟。

如今，各大碳化硅生產(chǎn)廠商加速8英寸晶圓的開發(fā)量產(chǎn)進程。北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司副總經(jīng)理謝秋實認為，物聯(lián)網(wǎng)將成為8英寸晶圓重獲新生的關(guān)鍵驅(qū)動力。在物聯(lián)網(wǎng)時代，通過在各種各樣的日常用品內(nèi)嵌入傳感器和短距離移動收發(fā)器，使得人們能在信息與通信世界里獲得一個新的溝通維度，從任何時間、任何地點的人與人之間的溝通連接擴展到人與物、物與物之間的溝通連接。萬物都在產(chǎn)生著大量數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)需要被存儲、計算、分析、反饋。因此衍生出多種芯片共同推進不斷擴大的物聯(lián)網(wǎng)市場，通常物聯(lián)網(wǎng)芯片不僅包括集成在傳感器/模組中的基帶芯片、射頻芯片、定位芯片等，也包括嵌入在終端中的系統(tǒng)級芯片——嵌入式微處理器（MCU/SoC片上系統(tǒng)等），這些芯片也大多基于8英寸特色工藝生產(chǎn)，可以說物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展給8英寸市場帶來了新的機遇。近年來，隨著智能工廠、智能樓宇、智能汽車、可穿戴設(shè)備以及智能醫(yī)療等先進科技應(yīng)用場景和“萬物互聯(lián)”的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)芯片市場的規(guī)模節(jié)節(jié)攀升，2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達到400億臺，市場爆發(fā)性增長。

青島聚能創(chuàng)芯微電子有限公司副總經(jīng)理李成認為，隨著人工智能、5G通訊、新能源汽車等技術(shù)的發(fā)展，對智能終端快速充電提出了更高要求，需要采用新型半導(dǎo)體器件以提升快充效率、減小快充體積。作為第三代半導(dǎo)體，氮化鎵器件得益于材料優(yōu)勢，在速度、效率、耐高溫等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)硅器件，在功率系統(tǒng)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

與硅相比，氮化鎵具有3倍的禁帶寬度、10倍的擊穿電場強度、2.5倍的飽和載流子速度、1.5倍的電子遷移率。因此，氮化鎵材料在功率與微波領(lǐng)域，可以大幅提升器件與系統(tǒng)的功率密度、工作頻率與能量轉(zhuǎn)換效率，還可以實現(xiàn)綠色功率與微波器件技術(shù)。

北京三安光電有限公司副總經(jīng)理陳東坡表示，碳化硅成新能源車800V時代的超強風(fēng)口。如今，電動汽車的續(xù)航里程低與充電時間長的問題急需破解，而800V高壓的快充模式，能大大減少熱損失并降低成本，成為了破解“雙焦慮”的最優(yōu)解決方案。而在高壓的工作環(huán)境下，IGBT會收到一定限制，而耐高壓、耐高溫的碳化硅材料更適合這樣的工作環(huán)境，因此碳化硅能很好地滿足新能源車800V系統(tǒng)的工作要求。

合肥芯谷微電子有限公司副總經(jīng)理黃軍恒介紹，氮化鎵射頻器件目前主流采用GaN-on-SiC技術(shù)，部分采用GaN-on-Si技術(shù)。半絕緣型碳化硅襯底適用于做射頻氮化鎵器件，氮化鎵射頻應(yīng)用的碳化硅基氮化家外延片4英寸和6英寸并存，海外6英寸代表企業(yè)有Wolfspeed、Qorvo、NXP，4英寸代表企業(yè)為住友電工；國內(nèi)碳化硅基氮化鎵外延片主要以4英寸為主。此外，5G通信將成為氮化鎵射頻器件未來主要市場應(yīng)用領(lǐng)域。