寬禁帶半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)規(guī)模性量產(chǎn)的跨越！

記者從2023中關(guān)村論壇“北京（國(guó)際）第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新發(fā)展論壇”上了解到，國(guó)際上寬禁帶（第三代）半導(dǎo)體材料、器件已實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到規(guī)模性量產(chǎn)的跨越，成為推動(dòng)信息通信、新能源汽車(chē)、光伏等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的新引擎。

寬禁帶半導(dǎo)體以碳化硅、氮化鎵為代表，具有高頻、高效、耐高壓、耐高溫、抗輻射等特點(diǎn)。

中國(guó)工程院院士干勇指出，從國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，由硅半導(dǎo)體材料主導(dǎo)的摩爾定律已逐漸走向物理極限，難以滿足微波射頻、高效功率電子和光電子等新需求快速發(fā)展的需要。在這種情況下，以化合物半導(dǎo)體材料，特別是寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的半導(dǎo)體材料對(duì)國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要?！半S著5G基站、數(shù)據(jù)中心等新型用電設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)運(yùn)行，能耗問(wèn)題開(kāi)始顯現(xiàn)，發(fā)展基于第三代半導(dǎo)體材料的高效電能轉(zhuǎn)換技術(shù)刻不容緩。第三代半導(dǎo)體材料和器件將推動(dòng)傳統(tǒng)電網(wǎng)向半導(dǎo)體電網(wǎng)發(fā)展。未來(lái)五年將是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵期。”干勇說(shuō)。

新能源汽車(chē)、光伏成為寬禁帶半導(dǎo)體大規(guī)模應(yīng)用的主要領(lǐng)域。第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)吳玲介紹，寬禁帶半導(dǎo)體是高鐵、新能源汽車(chē)牽引、電控系統(tǒng)的“心臟”，可以使新能源汽車(chē)電控系統(tǒng)體積重量減少80%，電能轉(zhuǎn)換效率提升20%。光伏和儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)μ蓟?、氮化鎵的需求持續(xù)增長(zhǎng)。吳玲預(yù)計(jì)，光伏方面，未來(lái)幾年，碳化硅、氮化鎵功率器件市場(chǎng)規(guī)模年均增速將達(dá)到約25.5%，到2026年碳化硅、氮化鎵功率器件市場(chǎng)規(guī)模將接近7億元。儲(chǔ)能方面，2025年碳化硅儲(chǔ)能應(yīng)用的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約4億元。

當(dāng)前，碳化硅功率器件已應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部的關(guān)鍵電力系統(tǒng)，包括牽引逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、車(chē)載充電器等。在IEEE國(guó)際寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)路線圖委員會(huì)主席Victor Veliadis看來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)或?qū)⒊蔀榇偈固蓟璐笠?guī)模商業(yè)化的“殺手級(jí)”應(yīng)用?！疤蓟杈哂斜裙韪鼘挼膸叮试S更高的電壓阻斷，適用于高功率和高電壓應(yīng)用。這可以使DC/DC轉(zhuǎn)換器、車(chē)載充電器變得更高效，在降低成本的同時(shí)，讓電動(dòng)汽車(chē)充電更快、續(xù)航更遠(yuǎn)。這使其極具競(jìng)爭(zhēng)力?！盫ictor Veliadis解釋說(shuō)。

國(guó)際半導(dǎo)體市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測(cè)，到2027年，全球碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到約63億美元，其中新能源汽車(chē)碳化硅市場(chǎng)空間有望達(dá)到近50億美元，占比近80%，是碳化硅功率器件下游第一大應(yīng)用市場(chǎng)。

氮化鎵在節(jié)能提效方面的潛力也不容小覷。安世半導(dǎo)體副總裁Carlos Castro介紹，功率氮化鎵目前有兩大應(yīng)用領(lǐng)域。一是電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，包括車(chē)載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、牽引逆變器等；二是工業(yè)領(lǐng)域，例如光伏逆變器、數(shù)據(jù)中心等?！暗墦碛懈叩男?、更高的功率密度和更低的系統(tǒng)成本。與硅解決方案相比，碳化硅車(chē)載充電器將成本降低了約13%，而氮化鎵則將系統(tǒng)成本降低了24%?！盋arlos Castro說(shuō)。

國(guó)際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟主席曹健林表示，我國(guó)發(fā)展寬禁帶半導(dǎo)體已具備一定的基礎(chǔ)和積累。一是產(chǎn)業(yè)鏈較完整，具備技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的基礎(chǔ)；二是國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和裝備巨頭在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域還未形成專(zhuān)利、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模壟斷，我國(guó)企業(yè)有機(jī)會(huì)迎頭趕上;三是與半導(dǎo)體相關(guān)的精密制造水平和配套能力快速提升；四是國(guó)家積極倡導(dǎo)推動(dòng)“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施，加快新一代信息技術(shù)與工業(yè)化的深度融合，為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造巨大的空間。但曹健林同時(shí)指出，我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體在原始創(chuàng)新和面向應(yīng)用的基礎(chǔ)研究能力、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)體系建立等方面仍有待提高。

編輯：黃飛