1、碳化硅功率半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)技術(shù)

不同于硅產(chǎn)業(yè)體系已然成熟，中國(guó)大陸地區(qū)的化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系仍處于發(fā)展之初。從襯底市場(chǎng)來(lái)看，由于高技術(shù)門(mén)檻導(dǎo)致化合物半導(dǎo)體襯底市場(chǎng)被日本、美國(guó)、德國(guó)廠商主導(dǎo)著。

浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)盛況在演講中表示，寬禁帶半導(dǎo)體器件最關(guān)鍵的就是材料，現(xiàn)在6寸成了國(guó)際上碳化硅的主流，8寸的也有，但是暫未成為主流。按照現(xiàn)在的趨勢(shì)，6寸保持主流狀況至少還有5-10年時(shí)間。盛況認(rèn)為，尤其是在國(guó)內(nèi)，10年之內(nèi)都不會(huì)有人考慮真正去做8寸的。雖說(shuō)2015年時(shí)就有8寸樣品，但是產(chǎn)業(yè)化還沒(méi)有那么成熟，6寸剛剛建好不會(huì)輕易的換8寸線。

芯片的產(chǎn)品現(xiàn)在在技術(shù)等級(jí)上，關(guān)于單芯片的容量，芯片產(chǎn)品點(diǎn)最多的是600V和650V，1200V也不少，電流到100安培左右。產(chǎn)品的容量最多、密集度最高的是二極管，約在600-650V，這基本上是買(mǎi)的最多產(chǎn)品線也最便宜的?，F(xiàn)目前很多公司在供應(yīng)。

關(guān)于MOSFET，盛況在表示，廠商現(xiàn)在并沒(méi)有二極管那么多，其穩(wěn)定性很好，但對(duì)市場(chǎng)的接受度沒(méi)有那么成熟。在最近幾年增長(zhǎng)的非?？?，具體的來(lái)說(shuō)有一些新的溝槽的技術(shù)，包括電阻如何下降，MOSFET主要的指標(biāo)是單芯片面積的電阻能做到多小，就是相應(yīng)的成本有多低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，MOSFET的增長(zhǎng)率每年大概在30%以上，增長(zhǎng)速度較快，基本上兩年翻一番。將來(lái)幾年，在比例上來(lái)說(shuō)電動(dòng)汽車和光伏這還是會(huì)保持比較強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。光伏原來(lái)占的比例很高，電動(dòng)汽車將來(lái)比例上有明顯的增長(zhǎng)，這會(huì)是一個(gè)新增的市場(chǎng)。

關(guān)于當(dāng)前國(guó)際上做碳化硅器件芯片公司所有的出貨量的比例，在前三大家中，有一家美國(guó)公司、有一家德國(guó)公司以及一家日本公司，第4和第5分別是STM和MItsubishi。前10名的公司沒(méi)有中國(guó)的公司，而前10的公司出貨比例占了98%。對(duì)此，盛況表示：“中國(guó)的公司要成長(zhǎng)，我們?cè)?%里面還沒(méi)有占多少，就是在市場(chǎng)上基本上沒(méi)有我們的聲音。但是我相信在如此的關(guān)注下，我們的這個(gè)行業(yè)，現(xiàn)在在2%，將來(lái)至少排到前5名。”

對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，盛況相信功率半導(dǎo)體所的前景是比較光明的，在可再生能源和新能源汽車兩個(gè)大方向的拉動(dòng)下，這個(gè)市場(chǎng)是非常大的。功率半導(dǎo)體芯片會(huì)迎來(lái)非常大的機(jī)遇，尤其是寬禁帶碳化硅一定會(huì)占據(jù)新的份額，也一定會(huì)占據(jù)新增長(zhǎng)市場(chǎng)里面比較大的份額，功率半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)5-8年之內(nèi)會(huì)有迅速的發(fā)展。

2、適合5G的氮化鎵射頻器件技術(shù)

氮化鎵的射頻器件經(jīng)歷了五個(gè)代次的發(fā)展過(guò)程。首先是在概念提出的時(shí)候，在1993年到1999年間，當(dāng)時(shí)氮化鎵的微波器件只是提供了一個(gè)理論上的值，功率密度做到了1.1瓦每毫米，但是還無(wú)法測(cè)量大功率器件的功率。同時(shí)一個(gè)標(biāo)志性的事件就是半絕緣的碳化硅襯底已經(jīng)出現(xiàn)，4000美金兩英寸。

在2000年之初有一個(gè)原型階段，那時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)和表面鈍化降低電流崩塌，從而使得器件真正的被測(cè)量到功率，那個(gè)階段叫原型階段。

真正有產(chǎn)品是在2009年之前，那時(shí)的產(chǎn)品驗(yàn)證了氮化鎵功率器件的可制造性可靠性，這樣第一代的產(chǎn)品就已經(jīng)出現(xiàn)但是沒(méi)有規(guī)模應(yīng)用，或者是少量的在軍事上的應(yīng)用。第二代的產(chǎn)品是以氮化鎵的電壓提升到從28V提升到50V為標(biāo)志，氮化鎵的射頻器件進(jìn)入通訊行業(yè)。

第三代氮化鎵的射頻器件已經(jīng)出現(xiàn)了一些趨勢(shì)，寬頻帶的氮化鎵出現(xiàn)，工作頻段超過(guò)300兆，超高頻的氮化鎵也有報(bào)告，100赫茲的MMIC已經(jīng)達(dá)到80%的效率。

蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司董事總經(jīng)理任勉介紹，氮化鎵的產(chǎn)品的類型和對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)也有著變化，因?yàn)閲?guó)際電聯(lián)定義了整個(gè)5G通訊發(fā)展的頻段?，F(xiàn)在主要的通信市場(chǎng)用的器件是分立器件以及塑封的器件?，F(xiàn)在MCM成為主流的需求，芯片模組里面會(huì)集成2-3顆甚至最多的8顆氮化鎵的在里面，分裝成小的模塊，這個(gè)小模塊是塑封的，實(shí)際上提高了整個(gè)產(chǎn)品的效率。

任勉認(rèn)為，高頻階段寬帶通訊和5G補(bǔ)充頻段上來(lái)說(shuō)，氮化鎵的產(chǎn)品會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的演化。首先是MMIC(單片微波集成電路)會(huì)成為主流，進(jìn)一步進(jìn)化成射頻前端，或集成射頻前端。其次是其功率密度本來(lái)高，能夠?qū)崿F(xiàn)更小的器件分裝，尤其是MIMO基站，毫米波可能部署到1024個(gè)正列，屆時(shí)集成度會(huì)有非常高的要求。再次是其寬帶特性，在比較大的帶寬范圍之內(nèi)有比較好的輸出特性，這樣的話能夠使得過(guò)去要幾個(gè)LEDMOS的應(yīng)用領(lǐng)域換成一個(gè)氮化鎵。

全球氮化鎵的射頻功放芯片產(chǎn)能分布比較典型。美國(guó)有4間工廠，在美國(guó)氮化鎵的射頻器件的制造工廠全部是6寸的。而亞洲主要的工廠，如SUMITOMO、能訊、WIN、三安光電等，基本上都是以4寸的工廠為主，它們難以拿到6寸的襯底。任勉認(rèn)為，實(shí)際上6寸的襯底加工效率明顯高于4寸，如果大規(guī)模的6寸產(chǎn)能釋放出來(lái)，包括中國(guó)日本在內(nèi)的這些公司都會(huì)面臨比較大的挑戰(zhàn)。所以把產(chǎn)能以及生產(chǎn)工藝提高到6英寸甚至更高，是一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題。

3、硅基氮化鎵產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式

如今，5G應(yīng)用像一個(gè)大引擎正在帶領(lǐng)我們走入一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)的革命，也帶進(jìn)我們走進(jìn)高度智能化和信息化的時(shí)代，而這樣新的時(shí)代對(duì)半導(dǎo)體材料的需求也發(fā)生了一些變化。5G時(shí)代需要新的半導(dǎo)體材料，也給整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)一次革命性的機(jī)會(huì)。硅基氮化鎵的特性和優(yōu)勢(shì)，剛剛好可以滿足整個(gè)5G時(shí)代對(duì)半導(dǎo)體材料的需求。

英諾賽科科技有限公司董事長(zhǎng)駱薇薇表示，從各種市場(chǎng)預(yù)測(cè)來(lái)看，硅基氮化鎵在未來(lái)幾年的發(fā)展是肯定會(huì)進(jìn)入一個(gè)爆發(fā)性的發(fā)展周期，也就是說(shuō)在未來(lái)5年會(huì)迎來(lái)硅基氮化鎵這個(gè)產(chǎn)業(yè)的黃金發(fā)展周期。在未來(lái)的3-5年硅基氮化鎵會(huì)逐步地取代一些傳統(tǒng)的硅器件的市場(chǎng)，成為市場(chǎng)的主流方案。

怎樣才能在未來(lái)的5年的黃金發(fā)展周期內(nèi)盡快加速硅基氮化鎵產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，加快產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率呢?駱薇薇認(rèn)為有兩個(gè)因素非常重要，一個(gè)是成本，一個(gè)是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)。如果可以在成本上滿足市場(chǎng)的需要，建立一個(gè)完善的生態(tài)系統(tǒng)，相信這個(gè)產(chǎn)業(yè)就可以很快的發(fā)展起來(lái)。

在成本方面，今天市場(chǎng)上能看到的硅基氮化鎵的芯片的成本總體上來(lái)說(shuō)是同類硅產(chǎn)品的2-3倍以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)市場(chǎng)對(duì)這個(gè)產(chǎn)品的預(yù)期。因?yàn)樾阅苡幸欢ㄌ岣?，市?chǎng)愿意接受今天硅基氮化鎵的成本比硅器件成本有一定的提高，但是這個(gè)提高是有一定的限度的。如果想突破硅器件對(duì)氮化鎵市場(chǎng)的包圍硅基氮化鎵的產(chǎn)品的成本不能高于同樣硅器件的1.5倍。

同時(shí)在對(duì)成本很敏感的市場(chǎng)上，客戶是希望成本有持續(xù)下降的空間，也就是說(shuō)在未來(lái)得3-5年，客戶的要求是一定要做到跟硅同樣的硅材料同樣的成本，或者是比硅更加便宜的成本，因?yàn)橹挥羞@樣才能充分地調(diào)動(dòng)市場(chǎng)的積極性，才能夠讓硅基氮化鎵取得真正的市場(chǎng)上的突破和占有。

除了成本之外，整個(gè)硅基氮化鎵作為一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)，生態(tài)體系還不夠完善。駱薇薇表示，現(xiàn)在做的硅基氮化鎵，生產(chǎn)的效率和質(zhì)量是非常依賴于上游的，比如說(shuō)硅襯底，外延的設(shè)備的效率和封裝的配套的體系，以及下游的一些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。所以對(duì)于整個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，有效商業(yè)模式是一定離不開(kāi)生態(tài)體系的建立，需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)從上到下的合作共同完善生態(tài)系統(tǒng)的建立，只有這樣整個(gè)產(chǎn)業(yè)可能才會(huì)高效發(fā)展。

所謂建立生態(tài)系統(tǒng)，最主要的就是合作，通過(guò)合作能夠讓上下游共同地來(lái)開(kāi)發(fā)，能夠充分發(fā)揮氮化鎵優(yōu)勢(shì)的定制化的材料。

駱薇薇認(rèn)為，硅基氮化鎵是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的一次重要的機(jī)會(huì)，應(yīng)該也是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一次重大的機(jī)遇，要想真正的抓住這個(gè)機(jī)遇，選擇合適的商業(yè)模式和發(fā)展的模式是至關(guān)重要的，只有整個(gè)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)能夠加強(qiáng)合作，聯(lián)手共同激發(fā)這個(gè)產(chǎn)業(yè)的熱情，才能加快產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)共贏。