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国产厂商发力碳化硅功率器件,中国第三代半导体材料迎来春天

以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带化合物为代表的第三代半导体材料引发全球瞩目。商用的碳化硅基MOSFET国际几大厂如Cree、Infineon、RoHM等厂家都有量产器件,国际厂商目前已经在宣传全SiC功率模块,用于PFC/UPS/PV/EV等应用场景,国内厂家仅基本半导体等少数几家能量产碳化硅器件。

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硅作为半导体的主要材料在摩尔定律的规律下已经走过了50多年,寻找新的半导体材料替代硅已经成了近些年半导体发展的方向之一。半导体技术的不断进步,不仅提高了产品性能,同时通过缩小芯片面积降低了成本。然而到2000年的时候业界就提出硅基产品已经快达到物理极限,进一步提高产品性能,工艺的复杂性带来的成本升高不能抵扣芯片面积的缩小,从而芯片成本提高。未来如何突破Si材料的极限?人们把目光瞄向了以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体材料,这种新材料可以满足提高开关频率和增加功率密度的要求。

第三代半导体材料的春天到来

近年来,以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带化合物为代表的第三代半导体材料引发全球瞩目。由于其具有禁带宽、击穿电场强度高、饱和电子迁移率高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强等优点,可广泛应用于新能源汽车、轨道交通、智能电网、半导体照明、新一代移动通信、消费类电子等领域,被视为支撑能源、交通、信息、国防等产业发展的核心技术,全球市场容量未来将达到百亿美元,已成为美国、欧洲、日本半导体行业的重点研究方向之一。
据了解,当前虽然整个SiC功率器件行业尚在起步阶段,但预计整个国内市场规模将达到4000亿元。商用的碳化硅基MOSFET国际几大厂如Cree、Infineon、RoHM等厂家都有量产器件,国际厂商目前已经在宣传全SiC功率模块,用于PFC/UPS/PV/EV等应用场景,国内厂家仅基本半导体等少数几家能量产碳化硅器件。
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2015年5月8日,在国务院印发《中国制造2025》中4次提到以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体功率器件,可见第三代半导体行业在国民经济发展中的重要地位。第三代半导体材料产业非常长,贯穿了材料、芯片设计、制造工艺、封装测试、驱动应用等各个环节。
据《国际电子商情》记者了解,目前我国在第三代半导体材料研究上一直紧跟世界前沿,是世界上为数不多的碳化硅材料衬底,材料外延产业化的国家。在第三代半导体器件设计和制造工艺方面也在向世界先进水平迈进。

中欧第三代半导体高峰论坛展示最新技术趋势

2017年10月31日,由深圳市科学技术协会指导,南方科技大学、深圳市坪山区人民政府、深圳青铜剑科技股份有限公司共同主办的“中欧第三代半导体高峰论坛”在深圳五洲宾馆成功举行。活动邀请到来自中国和欧洲从事碳化硅、氮化镓等第三代半导体技术的200多位专家学者和产业界人士出席,是本行业的重量级盛会。
论坛由深圳基本半导体有限公司、深圳市第三代半导体器件重点实验室、深圳中欧创新中心承办,并得到深圳清华大学研究院、力合科创集团、深圳市千人专家联合会、深圳方正微电子有限公司大力支持。
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深圳市人大常委会副主任、深圳市科学技术协会主席蒋宇扬致辞

深圳市人大常委会副主任、深圳市科学技术协会主席蒋宇扬出席并致欢迎辞,介绍了深圳科技发展的优异成绩以及对第三代半导体产业的扶持,希望广大科技企业与科技工作者紧抓时代脉搏,进一步加大研发投入、加强国际合作,助力第三代半导体产业快速发展。南方科技大学副校长汤涛与瑞典皇家工程科学院副院长Magnus Breidne也分别进行了致辞。
“大部分人心目中的高科技是虚拟现实、人工智能、大数据云计算,很少人知道这些技术的基础是微电子和光子产业。”瑞典皇家工程科学院 副院长 Magnus Breidne表示。
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瑞典皇家理工学院常务副校长Mikael Östling、瑞典国家研究院通信及微电子研究所所长Peter Björkholm、英国剑桥大学教授Patrick Palmer、南方科技大学教授于洪宇等专家学者分别从各自的研发领域针对碳化硅和氮化镓器件的设计、工艺、应用进行了深入介绍,并探讨了第三代半导体产业的市场机遇和未来发展趋势。
深圳市基本半导体有限公司副总经理张振中博士介绍了目前全球碳化硅功率器件的发展与应用情况,以及自主研发的新型工艺技术实现的全外延结构沟槽JBS二极管,各项指标均达到国际先进水平。

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目前国内针对第三代半导体材料的一些研究方向
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此外,南方科技大学教授于洪宇还特别介绍了第一个深圳市第三代半重点实验室,可进行GaN 功率器件、MEMS传感器、光电集成、薄膜晶体管等方向的研究。

关于基本半导体
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深圳基本半导体有限公司由深圳青铜剑科技股份有限公司与瑞典国家科学研究院旗下Ascatron公司在深圳合资设立,并与深圳清华大学研究院共建“第三代半导体材料与器件研发中心”,致力于碳化硅功率器件的研发与产业化。
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青铜剑科技副总裁、基本半导体总经理和巍巍博士

青铜剑科技副总裁、基本半导体总经理和巍巍博士表示,目前中国的第三代半导体行业已经迎来发展的春天。基本半导体通过整合海内外创新技术、人才与国内产业资源,已全面掌握碳化硅器件的材料制备、芯片设计、制造工艺、封装测试、驱动应用等各方面技术。在国家政策支持和企业创新驱动背景下,基本半导体现已成为国内发展最快的碳化硅功率器件企业之一。

部分现场产品展示

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在峰会现场,记者也看到了多款基本半导体的产品展示,图为中国首款IGBT驱动芯片晶圆
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6英寸1200V碳化硅晶圆
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6英寸3D结构碳化硅外延片
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