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第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長吳玲：我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展思考

新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革正在創(chuàng)造歷史性機遇。第三代半導體具備高效、高頻、耐高壓、耐高溫等特性，是推動移動通信、新能源汽車、高速列車、智能電網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和基礎能力提升的新引擎，是實現(xiàn)“雙碳”目標和保障國家產(chǎn)業(yè)安全的重要支撐。

雖然面臨復雜的外部環(huán)境，但多因素促進我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)逆勢上漲。近日，在由第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、中關村半導體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦的“2021第三代半導體創(chuàng)新發(fā)展峰會”上，第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長吳玲做了題為“我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展思考”的主題報告，深入分享了當前我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、面臨機遇和挑戰(zhàn)，并提出對未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾點思考與建議。

現(xiàn)狀

在“十二五”、“十三五”國家科技計劃支持下，我國初步建立了從上游材料（氮化鎵、碳化硅等）、中游器件（光電、射頻、功率器件等）到下游應用（照明與顯示、5G通信、新能源汽車、高速列車、新型電力系統(tǒng)等）的全創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)從無到有，國產(chǎn)化能力不斷提升。

半導體照明自主可控，光電子與微電子深度融合，跨界創(chuàng)新應用有望引領發(fā)展。我國是全球最大的半導體照明制造、出口、應用國，2021年產(chǎn)值7773億元，芯片國產(chǎn)化率超過80%；產(chǎn)業(yè)發(fā)展從光效驅(qū)動轉(zhuǎn)向品質(zhì)驅(qū)動、成本驅(qū)動，從藍光（白光）轉(zhuǎn)向深紫外等更短波長，和綠光、黃光，甚至紅光等長波長；從標準結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向小間距Mini/Micro-LED，開啟高度集成半導體信息顯示技術新變革。

微波射頻領域開始國產(chǎn)替代，部分技術達到國際先進水平。5G通信移動基站用GaN射頻器件實現(xiàn)6GHz以下產(chǎn)品小批量供應，2020年國內(nèi)宏站用氮化鎵射頻器件國產(chǎn)化率超過20%；預計2023年進入毫米波頻段商用，集成功放、低噪放、開關功能，這方面國內(nèi)目前還不具備產(chǎn)業(yè)化能力；6G已啟動預研，太赫茲頻段進入技術論證和研究階段，預計2030年實現(xiàn)商用。

電力電子應用雖然需求迫切，但是產(chǎn)業(yè)化與國際差距較大。在“雙碳”戰(zhàn)略帶動下，以新能源汽車、高速鐵路、新能源為主體的新型電力系統(tǒng)、5G通信和數(shù)據(jù)中心等為主的應用對碳化硅、氮化鎵電力電子器件的需求非常明確，新能源汽車和PD快充未來五年應用市場的年復合增長率將超過50%。 雖然我們進步很快，但距離產(chǎn)品好用、產(chǎn)業(yè)化形成規(guī)模，技術水平仍落后國外約5年左右。SiC單晶襯底雖已實現(xiàn)4英寸產(chǎn)業(yè)化、6英寸小批量供貨，部分打破國際壟斷，但目前國產(chǎn)化率不到5%，車規(guī)級、電網(wǎng)級功率電子材料和器件基本全部依賴進口。

機遇

當前，國內(nèi)第三代半導體產(chǎn)業(yè)迎來戰(zhàn)略機遇期，主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是新型電力系統(tǒng)、高鐵、新能源汽車，5G/6G通信、半導體照明及超越照明、工業(yè)電機及消費電子市場等市場啟動，應用需求驅(qū)動技術創(chuàng)新。二是在產(chǎn)業(yè)界、學術界多年努力下，國內(nèi)與國際先進水平差距不大，國際半導體產(chǎn)業(yè)和裝備巨頭還未形成專利、標準和規(guī)模的壟斷，我國有機會實現(xiàn)超越。三是與集成電路相比，第三代半導體投資門檻不高，對工藝尺寸線寬、設計復雜度、裝備精密制造要求相對較低。四是近年來我國的精密加工制造技術和配套能力迅速提升，并且具有一定的基礎，具備開發(fā)并逐步主導該產(chǎn)業(yè)的能力和條件。

挑戰(zhàn)

半導體新材料正在重塑全球半導體產(chǎn)業(yè)競爭新格局，在產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、生態(tài)鏈上都面臨挑戰(zhàn)。

產(chǎn)業(yè)鏈方面，缺乏產(chǎn)業(yè)級的先進材料研發(fā)，碳化硅籽晶和單晶生長工藝控制技術與國際有5年左右差距；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；設計與系統(tǒng)應用的匹配性不夠，上下游聯(lián)動迭代不夠，在系統(tǒng)中成本占比低，性能和可靠性要求高，器件進入應用供應鏈難度大、周期長，產(chǎn)業(yè)化能力提升緩慢；國產(chǎn)裝備以仿制為主，大部分處于原型樣機階段，技術引領性不足，處于跟跑狀態(tài)。檢測設備基本全部依賴進口，短期內(nèi)無法國產(chǎn)化替代。

創(chuàng)新鏈方面，基礎研究的應用需求導向不足，缺乏長期可持續(xù)、大投入的中早期基金支持；共性關鍵技術方面，缺乏開放的、體制機制創(chuàng)新的公共研發(fā)平臺，缺乏材料和裝備的中試平臺，缺乏有能力滿足企業(yè)需求的服務平臺；產(chǎn)業(yè)化技術方面，知識產(chǎn)權和標準體系薄弱，重“科”輕“技”，研產(chǎn)脫節(jié)，產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型專業(yè)技術門檻高。

生態(tài)鏈方面，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系和生態(tài)不完善。研發(fā)分散、投入不夠，缺乏穩(wěn)定持續(xù)支持；原始創(chuàng)新和應用創(chuàng)新能力較弱；研發(fā)周期長，技術更新快，各層次人才規(guī)模不夠，高端和戰(zhàn)略性人才急缺；面臨國際技術禁運和封鎖；企業(yè)小而散，無序競爭，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化嚴重、集中度低；財政資金與社會資本脫節(jié)，缺乏優(yōu)惠政策對民間資本的引導，存在政府、市場雙失靈現(xiàn)象。

幾點思考

吳玲指出，我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要思考如何統(tǒng)籌規(guī)劃，形成發(fā)展合力，要大膽探索新型舉國體制，建立開放創(chuàng)新、可持續(xù)發(fā)展平臺和利益共享、風險共擔、鏈條打通的創(chuàng)新共同體。未來，聯(lián)盟將繼續(xù)推動創(chuàng)新體系和創(chuàng)新生態(tài)建設，促進產(chǎn)學研深度融合，加快迭代研發(fā)，在推動組織“百城億芯”示范應用、支撐地方及區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展、探索科技金融鏈網(wǎng)模式加快科技金融結(jié)合、加強精準深入的國際合作等方面開展工作，攜手產(chǎn)業(yè)界同仁，凝心聚力、砥礪奮進，共同推動我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)邁上新臺階、實現(xiàn)新跨越。

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