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第三代半导体推动“双碳”目标实现大有可为
举报2021-08-11 10:42:59 来源:科技日报

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第三代半导体近期备受关注。


小米、传音等公司纷纷抢占第三代半导体材料应用于快充领域的赛道;在资本市场,第三代半导体上下游公司——台基股份、安泰科技、露笑科技、海特高新等表现活跃。政策层面,有消息称,国内半导体产业将得到统筹发展,行业发展支持力度也将进一步加大,尤其重视第三代半导体。


在第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山等业内专家看来,大力发展第三代半导体,尤其对支撑碳达峰、碳中和意义重大。


第三代半导体即宽禁带半导体,以碳化硅和氮化镓为代表,具备高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能,是支撑新一代移动通信、新能源汽车、高速轨道列车、能源互联网等产业自主创新发展和转型升级的重点核心材料和电子元器件。


中国电动车百人会理事、哈尔滨理工大学教授蔡蔚分析,第三代半导体功率芯片和器件的固有特性,决定了其在实现光伏、风力等新能源发电、直流特高压输电、新能源汽车等电动化交通、工业电源、民用家电等领域的电能高效转换优势。


“以新能源汽车为代表的陆海空电动化交通和以智能化机器人、无人飞机、数控机床为代表的新兴产业,迫切需要高频、高效和耐温的第三代功率半导体。”蔡蔚说。


国家电网全球能源互联网研究院原院长邱宇峰分析,目前电网在新能源发电以及输变电环节的电力电子设备中所使用的基本都还是硅基器件,而硅基器件的参数性能已接近其材料的物理极限,因而无法担负起支撑大规模清洁能源生产传输和消纳吸收的重任。


“采用碳化硅材料制成的功率半导体器件,以其高压高频高温高速的优良特性,能够大幅提升支撑清洁能源为主体的新型电力系统建设运行所需各类电力电子设备的能量密度,降低成本造价,增强可靠性和适用性,提高电能转换效率,降低损耗。”邱宇峰说。


如何更好发展第三代半导体,助力碳达峰、碳中和目标的实现?


于坤山认为,首先要实现关键材料、核心芯片和模块的产业化,做好产业的优化布局并通过示范和规模化应用。


具体而言,针对第三代功率半导体器件(碳化硅和氮化镓两大材料体系)需求,加速实现第三代半导体全产业链的自主可控发展,包括:尽快实现高性能6英寸、8英寸碳化硅单晶衬底和外延材料及其功率器件的量产,6英寸、8英寸硅基氮化镓外延材料及其功率器件的量产,高性能封装的器件和模块量产,单晶衬底生长、加工、芯片工艺、封装、测试等核心检测仪器和装备的国产化。


此外,于坤山建议,在鼓励地方政府和社会资本积极参与第三代半导体产业化的同时,要考虑到半导体产业自身存在的高风险、高投入、高技术门槛、长周期等特点,有序推进产业布局。


“在具有良好半导体产业基础、资金实力雄厚、人才储备丰富的地区,以产业链聚集的方式率先布局上游和中游产业,以期快速实现核心材料和芯片的产业化,之后以成熟的团队和企业为核心,在更大的范围内进行量产和扩产,最后将第三代半导体的成熟技术和产品推广应用到各行各业。”于坤山说。


蔡蔚也强调,要加强产业链建设,从衬底、外延、芯片到封装、控制器设计制造以及应用等各环节实现全寿命周期的低碳甚至零碳战略。“原材料、芯片和器件自主可控是第三代宽禁带功率半导体产业健康发展的基石,也是全产业链落实双碳战略目标的保障。”他说。


在此基础上,邱宇峰建议,要促进研发与应用的结合,在下游新能源汽车、光伏逆变器、充电桩、数据中心、智能化工厂、白色家电、消费类电子、物流、能源互联网等领域开展应用示范。通过应用示范,帮助设备制造企业熟悉掌握第三代半导体器件,加快实现产品迭代,尽快打开市场应用需求通道,使产品加速成熟。

 

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