我国第三代半导体产业发展研究

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    第三代半导体材料作为极具潜力的战略性新兴材料，因其抗辐射、高功率、高能效等特性，在移动通信、新能源车、消费电子等民用领域和雷达系统、坦克制造、军用飞机等军事领域都有着广泛的应用。世界各国对第三代半导体进行了长期的重点关注和布局，美国、日本、欧盟等国家和地区均将其置于重要的战略位置，对其投入巨资进行支持，我国第三代半导体产业和技术发展与国际先进水平有着明显差距。在当前我国经济向高质量发展转型，新一代信息技术蓬勃发展的大背景下，第三代半导体材料将发挥越来越重要的作用，如何加快推动我国相关产业发展和技术进步成为当前阶段的重要问题。


    一、相关概念界定及背景介绍
    （一）半导体材料的两次革新
    第一代半导体材料以硅（Si）和锗（Ge）等元素半导体为代表，主要适用于数据的运算和储存，由于其具有出色的性能和成本优势，目前仍然是集成电路等半导体器件主要使用的材料；第二代半导体材料以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）为代表，由于具有直接带隙的能带结构，相对于Si材料具有光电性能佳、工作频率高、抗高温、抗辐射等优势，应用于各类光电器件和射频器件等；第三代半导体材料以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表，因其禁带宽度大于或等于2.3电子伏特，又被称为宽禁带半导体材料，与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料具有禁带宽度大、热导率高、击穿电场高、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强、光电转化性能突出等优势，可满足高温、高功率、高压、高频以及高辐射等恶劣应用场景的需求，在半导体照明、新一代移动通信、宽带通讯、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景，有望突破传统半导体技术的瓶颈，与第一代、第二代半导体技术互补。


    从目前第三代半导体材料及器件的研究来看，较为成熟的第三代半导体材料是氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC），而ZnO、金刚石、氮化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。GaN材料主要用在中压领域约600V的产品，一部分会与硅材料的市场重叠，但GaN具有高的电离度，出色的击穿能力、更高的电子密度和电子速度以及更高的工作温度，且具有低导通损耗、高电流密度等优势，通常用于微波射频、电力电子、光电子三大领域。而碳化硅（SiC）俗称金刚砂，为硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物，碳化硅在大自然以莫桑石这种稀罕的矿物的形式存在。SiC是高温、高频、抗辐射、大功率应用场合下极为理想的半导体材料，可以用在更高压，如上千伏的产品，包括电动车用、高铁或工业用途，是目前晶体生产技术和器件制造水平最成熟，应用最广泛的宽禁带半导体材料之一，由于碳化硅功率器件可显著降低电子设备的能耗，因此碳化硅器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源器件”。


    （二）当前全球产业最新进展
    1. 产品质量持续提升，美欧日厂商占据主导
当前GaN、SiC等第三代半导体材料的衬底、外延等环节工艺水平持续提升，产品缺陷密度持续降低，应用前景得到市场的广泛认可。


    GaN产品的细分产业环节依次包括GaN单晶衬底——GaN材料外延——器件设计——器件制造。目前多以IDM模式为主，同时也出现了设计与制造环节分工的模式，如传统硅晶圆代工厂台积电开始提供GaN制程代工服务，国内的三安集成也有成熟的GaN代工服务。各环节相关企业来看，基本以欧美企业为主，中国企业已经有所涉足。


    GaN衬底分为多种类型，主流产品以2-4英寸为主，6-8英寸等大尺寸也逐步实现量产，GaN衬底主要由日本公司主导，日本住友电工的市场份额达到90%以上。GaN器件设计与制造方面，GaN器件分为射频器件和电力电子器件，全球GaN射频器件IDM企业中，住友电工和Cree是行业龙头，市场占有率均超过30%，其次为Qorvo和MACOM。截至2018年底，全球GaN射频器件市场规模达31亿元，预计到2023年，全球GaN射频器件市场规模将达到90亿元，年均增长率超过23％。


    总体来看，目前美日欧厂商在GaN等第三代半导体材料技术上处于领先地位。相比之下，大陆在GaN领域还是较为弱势，主要还是依赖于国外代工厂商。


    SiC细分产业链环节与GaN相似，主要包括衬底——外延片——芯片、器件、模组——应用这几个部分。目前国际主流产品逐渐由4英寸向6英寸过渡，并开始研发和生产8英寸衬底，但国内衬底仍以4英寸为主。根据统计，2017年4英寸SiC晶圆市场接近10万片，6英寸SiC晶圆供货约1.5万片，预计到2020年，4英寸SiC晶圆的市场需求保持在10万片左右，单价将降低25%，6英寸SiC晶圆的市场需求将超过8万片。预计2020~2025年，4英寸SiC晶圆的单价每年下降10%左右，市场规模逐步从10万片市场减少到8万片，6英寸晶圆将从8万片增长到20万片；2025~2030年，4英寸晶圆逐渐退出市场，6英寸晶圆将增长至40万片。


    国际上SiC外延材料技术发展迅速，产品质量显著提高，最高外延厚度达到250μm以上。其中，20μm及以下的外延技术成熟度较高，表面缺陷密度已经降低到1个/cm2以下，位错密度已从过去的105个/cm2，降低到目前的103个/cm2以下，基平面位错的转化率接近100%，已经基本达到SiC器件规模化生产对外延材料的要求。近年来国际上30μm~50μm外延材料技术也迅速成熟起来，但是由于受到市场需求的局限，产业化进度缓慢。目前批量SiC外延材料的产业化公司有美国的Cree、Dow Corning，日本昭和电工（ShowaDenko）等。


    目前，全球SiC市场基本被国外企业所垄断，主要公司有美国Wolfspeed、德国Infineon、日本Rohm、欧洲的意法半导体（ST Microelectronics）、日本三菱（Mitsubishi），这几家大公司约占国际市场的90%。总体来看，美国居于领导地位，占有全球SiC产量的70%-80%；欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链；日本则是设备和模块开发方面的绝对领先者。


     2. 产品价格走低，市场竞争力凸显
    2019年是第三代半导体产品加快市场渗透的关键年份。SiC、GaN器件的产品价格持续走低，与同类Si产品相比已经具有一定竞争力。根据对Mouser、Digikey相关信息整理，SiC价格方面，耐压600V-650V的SiCSBD，2019年底的平均价格是1.82元/A，较2017年底下降了55.6%，与Si器件的差距缩小到2.4倍左右。随着第三代半导体材料的价格进一步下降，其相关产品的性价比将进一步提升，与传统器件相比将获得更有力的竞争优势。

    3. 产业增长动力强劲，市场前景广阔
    新能源汽车、快速充电、5G等新兴应用领域，都将成为第三代半导体材料产业发展的重要推动力。


    综合参照Yole与IHS Markit的数据，2019年SiC电力电子器件市场规模约为5.07亿美元，GaN电力电子器件市场规模约为0.76亿美元，两者合计市场规模约在5.8亿美元左右，其主要驱动力为新能源汽车和消费电子。


    新能源车市场将是SiC器件成长的主要驱动力，包括汽车本身的功率半导体部分以及相关的充电基础设施建设中的功率半导体部分。Yole预测，SiC电力电子器件的市场规模2023年将增长至14亿美元，复合年增长率接近30%其中新能源汽车应用是主要驱动因素。


    而快速充电则是另一个迅速增长的市场需求，目前快充产品能满足大部分手机和平板电脑的需求。据CASA Research不完全统计，目前国内外市场至少有32家生产制造GaN PD快充产品的厂商，可提供的GaN PD快充产品超过50款。而国内最值得关注的是OPPO和小米的新产品中开始采用GaN PD的解决方案。


    此外，2019年是全球5G元年，已经有超过100个国家进行5G网络部署。从5G的建设需求来看，5G将会采取“宏站+小站”组网覆盖的模式，历次基站的升级，都会带来一轮原有基站改造和新基站建设潮，基站建设是GaN射频市场成长的主要动力之一。


    4. 摩尔定律接近极限急需突破
    在摩尔定律已接近物理极限的情况下，以新材料、新结构、新器件为特点的超越摩尔定律为半导体产业提供了新的发展方向，因此，第三代半导体成为各国在集成电路领域竞相追逐的战略制高点，它对产业格局产生巨大影响。


    二、我国第三代半导体材料产业格局分析
    （一）产业发展处于快速增长时期
    近年来，我国已经成为全球最大的半导体市场，但相对应的，行业技术水平和整体产值与美国、日本、欧洲等国家区域相比还存在一定差距。目前我国第三代半导体材料领域仍以日美欧厂商为主角，国外20世纪80年代开始就对GaN等半导体材料进行了系统化研究，并逐步构建了比较完善的产业体系。而我国第三代半导体研究起步较晚，目前尚处于初步的产业格局阶段，但随着国家层面多次强调将经济转向实体经济，近年来我国已经开始大力扶持第三代半导体产业，相关领域的投资不断加码，产业发展迎来快速增长时期。


     我国第三代半导体产业从2015年开始实现高速增长，相关领域投资增加，产业链布局逐步完善。我国作为全球最大的半导体市场，为国内企业聚集资源、提升产业活力、突破从研发到工程化再到产业应用的创新链条与价值链条发展创造了良好机遇。


    2019年受全球经济形势下行和国内应用市场的共同作用，我国半导体电力电子市场规模继续扩大的同时增速开始下滑。而第三代半导体器件则逆势增长，而据CASA Research统计，2019年国内市场GaN、SiC电力电子器件的市场规模约为39.3亿元，较上年同比增长40.97%。


    从区域状况看，我国第三代半导体产业发展初步形成了京津冀、长三角、珠三角、闽三角、中西部等五大重点发展区域。从2015年下半年至2018年底，从已披露的第三代半导体项目投资总额来看，五大地区的投资额占比分别为长三角区域63%、中西部区域14%、京津冀6%、闽三角5%、珠三角区域2%。


    （二）中美贸易战突显国产替代的紧迫性
    自2018年中美贸易战爆发以来，美国对中兴、华为等企业的打压不断升级，激起了业内对国产化替代和全产业链布局的高度重视，国家和企业都更进一步加强推进半导体核心技术国产自主化，实现供应链安全可控。这对我国第三代半导体产业的发展提供了有利条件，2019年三安集成、山东天岳、天科合达、泰科天润、国联万众、苏州能讯等国内第三代半导体企业的上中游产品均获得了难得的下游用户验证机会，进入了多个关键厂商供应链，逐步开始了以销促产的“良性循环”。

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关键词：半导体产业 发展研究 产业发展 半导体 Electronics

    （三）新兴领域带来大量应用需求
    新能源汽车和充电桩市场是SiC功率器件市场增长的重要动力。当前我国是全球最大的新能源汽车市场，2019年我国新能源汽车产销量超过120万辆；同时充电设施建设逐步完善，目前已经建成全球最大的充电设施网络，截至19年底，全国的充电桩总数已达122万个，其中公共桩52万个、私人桩70万个。新能源汽车对基于新材料的IGBT、MOSFET等功率器件的需求和要求显著高于传动内燃机汽车，以SiC材料为代表的第三代半导体功率器件相比于传统硅基器件具有耐高温高压、可高速开关、开关损耗和导通电阻更低等特性，因此被产业界认同是未来新能源汽车功率器件的主要发展方向。


    2019年随着特斯拉等下游品牌厂商开始推动实施SiC解决方案，国内的厂商也快速跟进，以比亚迪为代表的国内整车厂商全方位布局，助推第三代半导体器件的在新能源汽车领域加速应用。同时，第三代半导体器件在充电桩领域的渗透快于整车市场，主要应用是直流充电。2019年，新能源汽车细分市场的SiC器件应用规模（含整车和充电设施）约为4.2亿元，较上年增长了70%，未来五年预计将保持超过30%的年均增长。


    快充市场是产业应用的另一个重要场景。GaN材料因其高频开关速度的特性，可有效提升电源转化效率，降低充电头发热，有助于充电器小型化发展。因此GaN充电器可实现同等功率下体积更小，同等体积下功率更大。


    国内企业在这一领域的应用较为领先。2019年9月17日，OPPO在深圳举办2019VOOC闪充技术沟通会，正式发布SuperVOOC2.0闪充技术，这一技术将手机的充电功率进一步提升至最大65W，可以在30分钟内充满4000mAh手机。而10月发布的OPPORenoAce手机配有一款65WGaN快充充电器，这也是第三代半导体材料GaN首次应用于手机原装快充充电器，OPPO也将成为全球首家在手机充电器中导入氮化镓技术的厂商。此后，华为、小米等厂商也陆续推出了GaN快充，未来或成为手机标配。根据CASA测算，2020年第三代半导体电力电子器件应用在快充市场的市场规模超过1亿元。中国作为最大的消费电子生产地，一旦GaN快充方案成为终端主流方案，无线充电市场也将随之推展开，这将成为GaN功率电子应用的重要推动力，预计未来几年消费电子应用将持续保持高速增长。


     5G的快速发展将更加凸显第三代半导体的重要优势。相对于4G来说，5G的频谱更高，基站的覆盖面就相应变小，需要更多的小基站才能消除盲区，因此5G基站需要在原有4G基础上进一步扩大规模，而增加基站和天线的数量对应5G中的关键技术应为大规模天线阵列(MassiveMIMO)和超密集组网(UDN)。5G时代，射频器件的重要程度大大超过4G时代，而GaN材料对于5G基站建设所拥有的决定性优势就是高效率。整个MIMO基站里面有64个通道，每个通道的效率哪怕有些许的提高，对基站本身的散热都会有很大的改善，功率也随之提高，整个覆盖范围就变大。目前GaN技术已成为高频、大功耗应用技术的首选，不论在频宽、性能、容量、成本间均可做出最佳成效。


    2019年中国5G建设高速发展，基站端GaN放大器同比增长达71.4%；到2020年，基站端GaN放大器市场规模达32.7亿元，同比增长340.8%；预计到2023年基站端GaN放大器市场规模达121.7亿元。从5G的建设需求来看，5G将会采取“宏站+小站”组网覆盖的模式，历次基站的升级，都会带来一轮原有基站改造和新基站建设潮，基站建设是GaN射频市场成长的主要动力之一。


    除此之外，光伏逆变、云计算数据中心商业电源等市场将成为未来产业应用的重要场景，应用领域的不断拓展将推动国内第三代半导体市场高速增长。根据CASAResearch预
计2024年我国电力电子器件应用市场规模预计将近200亿元，未来5年的复合增速将超过40%。


    （四）第三代半导体材料研究逐步赶超
    目前我国第三代半导体研究方面与国外相比仍然存在一定差距，原始创新、人才技术等问题是国内第三代半导体研究的重要阻碍。但与在第一代、第二代半导体材料及集成电路产业上的多年落后、很难追赶国际先进水平的形势不同，我国在第三代半导体领域的研究工作一直紧跟世界前沿，工程技术水平和国际先进水平差距不大，已经发展到了从跟踪模仿到并驾齐驱、进而可能在部分领域获得领先和比较优势，并且有机会实现超越。


    “十三五”期间，国家科技部通过“国家重点研发计划”共支持了第三代半导体和半导体照明相关研发项目超过30项，项目实施周期3-5年。2019年，各项目均按照进度要求完成启动等工作，通过对第三代半导体基础研究及前沿技术、重大共性关键技术、典型应用示范的全创新链支持，科技计划对技术和产业发展起到了持续助推作用。项目部署涵盖电力电子、微波射频和光电应用多个领域，紧贴产业发展实际需求和进程。在新能源汽车应用、电网应用前沿研究、光伏逆变器、小型化电源、农业应用、健康医疗应用、光通讯、紫外应用、激光应用、智慧照明等多个热点发挥了引导作用。


    （五）国内企业加速全产业链布局
    目前国内已经有不少企业布局以GaN、SiC为代表的第三代半导体产业，包括华为、三安光电、耐威科技、海特高新、华润微、士兰微等。从产业链角度看，GaN产业链包括上游的材料（衬底和外延片）、中游的器件和模组、下游的系统和应用，而目前国内在各环节均已有企业涉足。


    具体来看，在GaN衬底方面，国内有中稼半导体、中晶半导体、纳维科技、镓特半导体等企业；在GaN外延片方面，国内有晶湛半导体、聚能晶源、世纪金光、聚力成半导体等企业；在GaN制造方面，国内有海威华芯、三安集成、士兰微等；能讯高能半导体、能华微电子、英诺赛科、大连芯冠科技、江苏华功半导体等企业则为GaN IDM企业；应用方面，GaN此前更多地应用于航天及军事等领域，5G时代到来将为GaN带来巨大的市场机遇，如今随着小米等终端企业发布GaN充电器，引起了市场关注，未来将有望在更多消费电子产品看到GaN的身影。


    2019年，国内第三代半导体产业投资热度居高不下。据CASA根据可查询的公开资料整理，全年共17个增产（含新建和扩产）项目（2018年6个），已披露的投资扩产金额达到265.8亿元（不含光电），较2018年同比增长60%，其中SiC投资14起，涉及金额220.8亿元；GaN投资3起，涉及金额45亿元。


表2-1 2019年国内部分重点第三代半导体领域投资项目
时间        投资企业        项目方向        金额
2019年2月        中科钢研        SiC晶体衬底片、碳化硅电力电子芯片        15.5亿元
2019年3月        泰科天润        SiC电力电子器件        10亿元
2019年9月        广东芯聚能        新能源汽车的Si基IGBT、SiC功率器件与模块        25亿元
2019年11月        泉州三安半导体科技有限公司        Mini/MicroLED、UVLED、IRLED大功率LED、PSS衬底、大功率激光、车用级LED        138亿元
2019年12月        华大半导体        4-6英寸SiC衬底及外延片、SiC基GaN外延片        10.5亿元
2019年12月        中电国基南方集团        化合物半导体晶圆、射频集成电路        20亿元
据不完全统计，2019年，国内第三代半导体行业共发生7起股权交易、重组事件，披露的交易金额超过142亿元。其中，6起股权并购事件，交易金额118亿元；1起业务重组事件，时代电气半导体业务资产重组，成立时代半导体公司，并增资24亿元，此举或意味着中车时代电气半导体业务有望进一步发展壮大。此外，华为通过哈勃投资入股山东天岳值得关注，三安集成、苏州能讯等业内企业也积极争取进入下游通讯设备供应商供应链。


表2-2 2019年国内部分重点第三代半导体领域并购项目
时间        投资企业        被投资企业        股权比例        备注说明
2019年2月        好利来        华功半导体        8%        好利来以合计4，000万元的价格，收购华功半导体产业发展有限公司合计8%股权，主要基于公司对第三代半导体的材料、研发、制造等相关领域进行了深入研究。
2019年3月        时代电气        DynexPower        100%        中车时代电气1314加元完全收购Dynex Power。Dynex公司是英国一家专门从事设计与制造功率半导体、晶体管模块及其他电子组件的公司。
2019年4月        歌尔股份        MACOMCayman        51%        歌尔股份以自有资金1亿3460万美元购买MACOM Cayman持有的MACOMHK51%的股权，借此进入新一代无线通信射频芯片及模组市场。
2019年6月        闻泰科技        安世半导体        70%        闻泰宣布收购安世半导体(Nexperia)的七成股份，成交价格114.35亿元，溢价多达63％，并于2019年6月获得批准，是国内半导体行业最大的并购案。收购完成后，闻泰科技将成为中国最大的半导体上市公司。


    三、我国相关产业政策梳理
    （一）中央政府层面
    近年来，我国针对第三代半导体材料产业的支持政策力度持续加大。2015年5月，中国建立第三代半导体材料及应用联合创新基地，抢占第三代半导体战略新高地；科技部、工信部、北京市科委牵头成立第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA），对推动我国第三代半导体材料及器件研发和相关产业发展具有重要意义。


     中央层面，2016年7月，国务院颁布《“十三五”国家科技创新规划》提出发展新一代信息技术，发展微电子和光电子技术，重点加强极低功耗芯片、新型传感器、第三代半导体芯片和硅基光电子、混合光电子、微波光电子等技术与器件的研发。


    2016年9月，工信部颁布《建材工业发展规划(2016－2020年)》，提出要壮大建材新兴产业（人工晶体），重点发展高品质人造金刚石和金刚石膜，4-6英寸LED用蓝宝石晶体衬底，第三代半导体晶体材料等产品。


    2016年12月，国务院成立国家新材料产业发展领导小组，致力于做好顶层设计和政策引导，抓好重点工作落实，加快推动新材料产业快速健康发展。


    2017年4月，科学技术部颁布《“十三五”材料领域科技创新专项规划》，在总体目标、指标体系、发展重点等各方面均提出要大力发展第三代半导体材料。


    2017年5月，科学技术部、交通运输部推出《“十三五”交通领域科技创新专项规划》，提出开展汽车整车、动力系统、底盘电子控制系统以及IGBT、碳化硅、氮化镓等电力电子器件技术研发及产品开发。


    2017年12月，国家发改委颁布《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2018-2020年）》，提出重点发展照明用第三代半导体材料、LED照明芯片等先进半导体材料及产品。


    2018年1月，国务院发布《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，着力落实相关税收优惠政策，推动固定资产加速折旧、企业研发费用加计扣除、软件和集成电路产业企业所得税优惠、小微企业税收优惠等政策落实，鼓励相关企业加快工业互联网发展和应用。


     2018年7月，工信部、国家发改委颁布《扩大和升级信息消费三年行动计划（2018-2020年）》，加大资金支持力度，支持信息消费前沿技术研发，拓展各类新型产品和融合应用。各地工业和信息化、发展改革主管部门要进一步落实鼓励软件和集成电路产业发展的若干政策，加大现有支持中小微企业税收政策落实力度。


    2019年12月，国务院印发《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》，明确要求长三角区域加快培育布局第三代半导体产业，推动制造业高质量发展。


    2019年12月，工信部印发《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》，对重点新材料首批次应用给予保险补偿，GaN单晶衬底、功率器件用GaN外延片、SiC外延片、SiC单晶衬底等第三代半导体产品进入目录。


    （二）地方政府层面
随着第三代半导体产业展现出巨大的发展潜力，各地方政府近年来出台了多项政策支持集成电路特别是第三代半导体产业发展，以培育经济增长新动能，抢占半导体产业新一轮发展先机。


    2018年8月，深圳坪山区发布《深圳市坪山区人民政府关于促进集成电路第三代半导体产业发展若干措施(征求意见稿)》，该《措施》从产业资金、发展空间、企业落地、人才队伍、核心技术攻关、产业链构建等方面对第三代半导体产业进行全方位支持。


    2018年11月，北京顺义区出台了《顺义区促进高精尖产业发展实施意见》，该《实施意见》涵盖5大方面18项支持政策，全力吸引高端人才入区，加速科技成果转化，实现包括第三代半导体在内的高精尖产业快速健康发展。


    2018年12月，济南市人民政府发布《济南市支持宽禁带半导体产业加快发展的若干政策措施》，对碳化硅、氮化镓、氧化镓和金刚石等新一代半导体材料产业的发展提供载体建设、成果转化、资金保障、产业培育、双招双引等全方位支持。


     2019年4月，浙江省人民政府发布《浙江省加快新材料产业发展行动计划(2019－2022年)》，提出重点发展新一代信息技术领域集成电路用关键材料、先进半导体材料等，开展第三代半导体材料外延生长动力学、掺杂动力学、缺陷形成和控制规律等基础研究，支持宁波市面向国家重大战略需求，以突破我国第三代半导体设计、材料、工艺以及应用为主要目标，解决第三代半导体产业链中面临的关键瓶颈技术问题，成为国家第三代半导体技术的重要研发和制造基地。


    2019年5月，成都市政府印发《关于促进电子信息产业高质量发展的实施意见》，提出打造国内领先的化合物半导体产业链。构建基于射频微波、功率等特色领域的化合物半导体产业链。优化GaAs/GaN生产工艺制程，培育一批骨干设计企业，积极引进配套封测企业和设计企业，研发量产5G中高频芯片、器件，超前布局太赫兹芯片。加快第二、三代半导体材料生产项目建设。华信研究院集成电路投融资数据库（https://www.icdata.com.cn/）的《浅析我国半导体集成电路产业人才政策环境》中描述了我国集成电路人才现状，以及相关政策环境。


     四、我国第三代半导体材料产业存在的突出问题
（一）研发投入力度不够、原始创新能力不强
目前我国第三代半导体产业面临的一大问题是，产业投资充足但研发投入匮乏，对关键技术研发投入的力度不够、集中度和持续性不强。企业作为创新的主体，对原始创新能力重视不够，缺乏主动研发投入，自主创新较少而跟随仿制较多，“中国制造”产品中缺乏“中国创造”元素，只能依靠廉价销售与低层次竞争手段寻找出路。


    与欧美国家相比，国内开展第三代半导体材料方面的研究工作比较晚，技术水平相对较低，原始创新能力不足是阻碍国内技术进步的关键因素。对于这类新兴领域的的技术创新，需要一个较长时间段的持续研发投入。以SiC为例，生长SiC晶体难度很大，虽然经过了数十年的研究发展，到目前为止仍只有美国的Cree公司、德国的SiCrystal公司和日本的新日铁公司等少数几家公司掌握了SiC的生长技术，能够生产出较好的产品，但离真正的大规模产业化应用也还有较大的距离。
国内新材料领域的科研院所和企业大都急功近利，难以容忍长期“只投入，不产出”的现状，以致我国第三代半导体材料为代表的新材料原始创新举步维艰，这也成了实现产业化的一大桎梏。


    （二）公共平台缺乏，研发“死亡谷”现象严重
第三代半导体涉及多学科交叉和跨领域应用，往往单一的机构或企业很难独立实现技术研发和产业应用，多领域优势资源整合、跨学科创新合作、信息服务支持等在这一过程中发挥着重要作用。目前国内从事第三代半导体研发的机构、企业单体规模较小、资金投入有限、信息获取困难、合作渠道不畅，因而导致研发创新速度缓慢、成果转化困难，公共平台缺乏使研发“死亡谷”现象严重。
相较而言，欧美国家在较早便建立了针对第三代半导体产业的各类公共平台。如美国在2012年提出的《国家制造也创新网络（NNMI）》中，在建成的9座创新中心中有3家设计第3代半导体研发；奥巴马政府于2014年7月提出在2022年前将再建立45个制造业创新中心（IMIs），为宽带隙半导体技术的研发和产业化提供服务和支持，从而使美国迅速占领涵盖范围广的应用领域市场；欧盟方面，在2005年欧盟便推出了由欧洲防卫机构资助的面向国防和商业应用的“GaN集成电路研发核心机构计划”，计划以解决工艺、材料、可靠性、先进分装解决方案及发热管理中的若干问题为核心目标，以创建独立的GaN-HEMT供应链、为欧洲防务工业提供最先进的、最可靠的GaN晶圆制备服务为主要任务。机构成员共享大量的试验设备与数据来提供工作效率。


    （三）融合发展程度不高，创新链条尚待打通
第三代半导体材料及应用技术涉及材料、能源、交通、信息、装备和自动化等多个领域，多学科交叉、融合的特点明显，从基础研发到工程化应用的创新链也很长，但目前应用端与核心材料、器件分离，无法形成利益共同体，缺乏对全产业链的顶层设计、系统布局，以及一体化整体实施。
如GaN技术创新成果与下游企业实际应用之间存在着一定的断层，需对技术进行有针对性的二次开发，而GaN企业往往无力承担进一步的开发成本。同时，也有部分GaN技术企业为实现销售，在已有产品的基础上进一步开发下游产品，被迫延伸产业链，导致在企业研发、生产成本大幅提升，企业发展面临困难。


    （四）技术人才支撑不足，产业后备力量缺乏
我国集成电路产业本身就面临着人才不足的困境。具体到第三代半导体这个细分领域，由于国内产业处于发展初期，盈利能力不足，对技术人才的吸引力还不强，高端管理人才和领军人才相对匮乏，没有形成真正的人才聚集。虽然近些年我国通过高薪聘请、海外引进人才等方式弥补了部分高端领军人才缺口，但是适应产业需求的人才队伍仍然不足。发展第三代半导体产业需要逐步摸索出符合产业需求的人才培养模式，高校的科研课题需要紧贴产业应用前沿领域，使科研人才在学习过程中就深入到第三代半导体产业的第一线，解决当前亟需解决的技术难题。


    （五）高端材料依赖进口，存在“卡脖子”风险
我国第三代半导体材料产业起步晚、整体水平较低，部分材料由于技术壁垒等原因对外依存度较高，难以实现自给自足。如实现SiC晶体生长的技术需要持续的研发攻关和工艺改进，虽然很多企业具备了一定的技术能力，但到目前为止仍只有美国、德国和日本的少数几家跨国公司掌握核心的生长技术，能够生产出较好的产品，其中美国占有全球SiC产量的70%~80%。而我国产业发展还处在早期阶段，原材料面临量产困难，存在“卡脖子”风险，一旦贸易摩擦加剧，以美国为首的西方国家对我国实施材料断供，我国产业将面临极大的困难。


     五、政策建议
    （一）加快顶层设计，部署启动重大项目
尽快启动国家2030重大项目，瞄准国家重大需求，探索新型举国体制。制定科学合理的发展战略、技术路线，探索能够凝聚各方力量的路径方法，破解企业弱、小、散难题，降低研发成本和风险，形成发展合力。集中力量补齐产业链关键环节短板，突破核心材料和装备制约，制定设计牵头的集成化方案，建立“技术供给与市场拉动一体化”的实施机制，推动应用。带动地方政府，调动社会资本，解决创新资源分散、重复、低效的问题，引导产业集群化发展。创新项目组织管理模式，明确牵头责任主体，采用不同的投入和考核机制，保证整体目标的实现。加强原始创新和面向应用的基础研究。需求牵引和技术驱动相结合，两头兼顾，注重关键硬技术，支持基础研究，对优势团队和平台进行一定强度的稳定投入、集中支持、长期积累。


    （二）完善公共研发与服务基础平台
完善平台建设布局，建设战略定位高端、组织运行开放、创新资源集聚的专业化国家技术创新中心，支持体制机制创新的、开放国际化的、可持续发展的公共研发和服务平台，突破产业化共性关键技术，解决创新资源薄弱、创新成果转化难等问题。搭建国家级测试验证和生产应用示范平台，降低企业创新应用门槛。完善材料测试评价方法和标准，加强以应用为目标的基础材料、设计、工艺、装备、封测、标准等国家体系化能力建设。


    （三）优化产业创新发展环境
从人才、知识产权、标准化、创新创业等方面进一步优化第三代半导体产业的发展环境。多渠道引进和培养人才，构建起由战略性领军人才、创新创业人才，特别是成熟的工程技术人才和青年人才等各类创新人才队伍，大胆尝试“双跨”等人才引进机制。采取“错位竞争、补齐短板、需求引领”的知识产权战略，鼓励专利运营，建立有竞争力的专利池，争取国际上核心知识产权的地位。加强技术标准研制与应用对接，构建有序开放的技术标准与检测认证服务体系，推动第三代半导体国产材料和器件示范应用。主动参与国际标准制订，提高国际标准话语权。加强资本体系支撑和保障能力，探索平台+孵化器+基金+基地以及大中小企业融合发展的合作新模式。


    （四）集中攻关，加快关键技术突破
我国第三代半导体产业的技术实力和研究水平整体偏弱，但同时研发投入又非常有限，且投入分散，难以形成规模效应，应集中优势资源扶持龙头企业和研究机构，产业链上下游协同研发，集中攻关共性关键技术。此外，在基础研究方面，可通过政策引导，针对第三代半导体产业涉及多学科领域交叉的特点，打破国内科研院校按学科、按领域划分的限制，以项目或实验室的形式，集中多学科、多院所研究资源，共同开展基础研究。


（电子工业出版社华信研究院  魏子钧）


参考文献：
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[5]5G关键材料——第三代半导体材料市场发展简析[J].功能材料信息，2019，16(04):14-15.
[6]贺春禄.王占国:发展中国第三代半导体材料机遇大于挑战[J].高科技与产业化，2019(05):12-15.
[7]搭乘“新基建”快车的第三代半导体材料：氮化镓、碳化硅http://www.360powder.com/info_details/index/6567.html
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[10]半导体届“小红人”——碳化硅http://www.globalpowertech.cn/news/?type=detail&id=52