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氮化镓/碳化硅技术真的能主导我们的生活方式?(三)

2020.10.26

  SiC的高压肖特基二极管应该是在几年内在轨道交通中得到引用。而开关管的应用需要更长的系统评估。中车和国网在这方面的持续投入研发为SiC功率器件研究打下了深厚的基础,是国家第三代半导体器件发展的中坚力量。

  现在大家讲第三代半导体产业往往关注于电力电子器件和射频器件的市场,其实第三代半导体在光电产品和特种传感器应用也具有巨大的潜力,比如激光器的应用。我个人非常看好GaN单晶衬底和激光显示的未来前景,这会给人民的未来生活带来革命性的改变,直接带动VR,AR等产业的发展。所以第三代半导体产业的这些应用领域也需要关注。

  作为一个完整的半导体工业产业链,材料和设备处于产业链的最上游,这也是我们最薄弱的地方。我国的GaN和碳化硅技术起步较晚,但也走过了十几个年头,能否谈谈我国碳化硅氮化镓技术的发展状况以及产业化的瓶颈在哪里? 你对我国的氮化镓/碳化硅技术实现产业化有哪些建议?

  我们首先大致分析一下国内第三代半导体产业链的每个环节,比较国内国际的优势、劣势,才能找到机会参与到国际竞争,在竞争中成长壮大。从整个国内第三代产业链上来看,我们在上游材料包括SiC、GaN单晶材料,外延其实与国际先进水平的差距并不大。在GaN单晶衬底方面甚至与国际一流水平同步。这得益于国内有一批科研院所,如山东大学,中科院物理所,半导体所等单位在SiC单晶材料,北大和中科院纳米所在GaN单晶材料的多年积累。

  几年来,大量留学生回国创业也带来了国际先进的外延技术,在苏州地区形成了一个GaN外延材料的企业集群。同时又大量LED企业未来拓展其产业领域,也开始投入到Si基GaN和SiC基GaN外延的研发。 目前在国内形成了天岳和天科和达 (SiC单晶)、天域和瀚天泰成(SiC外延)、纳微和中镓(GaN单晶)、晶湛和晶能(GaN外延)等有实力的企业。这些为国内第三代半导体产业稳定地与国际同步发展甚至未来领先国际打下了基础。

  我们在产业链的最下游的应用市场呈现一种非常有趣的现象:既可以说跟国际同步,也可以说落后国际水平。落后是因为国内缺乏原创思想和概念,这大概是中华文化中庸思想的症结:缺乏承担创新失败的勇气,所以总是一个跟随者。

  那为什么说是国际同步,国内的电子产品市场应该是世界上最活跃的和最“没规矩”的:虽然没有原创思想,却又有世界上最快的反应速度。比如说FINSIX提出微小适配器的方案之后,自己众筹3、4年今年就把产品投放市场。我14年底就在淘宝买到了一个山寨版,一直配我的苹果笔记本用,不发热,已经使用了一年多。

  另外一个朋友买了打开分析后告诉我就是把EMI保护给省略了。这就是正规军和游击队的打法区别,其实只要产品是安全的,在细分应用上是可以省略用户体验不到的环节的。如果按照常规的电源产品的认证过程,一个创业公司很难迅速打开市场,很难跟一个建制完整的国外企业竞争的。所以与国际大鳄企业竞争,中国灵活的电子市场的无限机遇在游击战法上能够得到更大的发挥。

  比较复杂和困难的环节是芯片设计和制造。如何有效地整合资源建立一个健康的体系,建立龙头企业,找准突破口产品,这就是国内目前的发展瓶颈。

  这个环节面临的挑战与微电子行业面临的问题很多是一样的。更加复杂的是,中国半导体行业的传统过分的区分光电子和微电子两个领域,整个行业缺乏沟通。GaN和SiC通常被归到光电子,而现在的电力电子和射频器件又是传统的微电子行业。都是半导体物理那点事,何必光电子和微电子分的那么清楚呢!士兰微同时具有LED生产线和微电子生产线,因此在电力电子方面发力GaN器件就具有先天的优势。

  对于其他企业,比如LED企业跨界微电子,微电子企业从Si向第三代半导体延伸,往往缺乏思路。国家通过关键科技攻关项目组织相关的光电子企业和微电子企业合作,客观上起到了牵线搭桥整合国内资源的作用。第三代半导体相关的的联盟机构协助地方政府建立SiC和GaN先进工艺平台,大幅降低创业企业的开发成本,推进SiC和GaN产品市场化的速度。

  作为工程人员在技术开发上要立足于小的技术节点一点点的攻关。这里要向政府科技项目建议,不要盲目追求所谓有显示度的空洞项目,比如多少多少伏 MOSFET,IGBT,而应该突出单步关键工艺的开发。现在有些项目我称之为“断子绝孙”的项目,枉顾具体工艺问题没有解决的现实,直接按照理想器件的终极指标立项。一切都是为了能够得到项目,根本不考虑项目结题。更不好的是,这样断绝了很多更具体可行项目立项的可能。

  比如,我们在跟地方科委讨论是否要对SiC 栅氧化膜工艺立项研究的时候,就被质疑,1200V MOSFET器件都已经已经支持过了为什么还要支持这个工艺。所以除了科研人员要自律之外,在科研项目的支持上应该建立一个专业负责的专家团队,同时科研项目立项论证的时候,就要以具体的科学和工程技术问题解决为目标。


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