科技动态 第三代半导体发展动态及挑战

　　第三代半导体是指以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料为基础的新一代半导体技术，具有更高的热稳定性、更大的击穿电场、更低的介电常数和更高的电子饱和迁移率，可广泛应用于新能源汽车、智能电网、轨道交通、5G通讯等领域。碳化硅产业链主要包括衬底、外延、器件设计、制造、封测等环节，其中衬底制造技术壁垒最高，价值量最大，衬底和外延成本占比高达70%。

　　一国外第三代半导体发展动态

　　1美国

　　早在2014年初，美国就成立“下一代功率电子技术国家制造业创新中心”，加强第三代半导体技术的研发和产业化。2022年2月，美国参众两院先后通过《2021年美国创新和竞争法案》和《2022年美国竞争法案》，同意拨款520亿美元支持半导体生产。2023年，Wolfspeed公司融资20亿美元，主要用于扩建在美国的两个碳化硅晶圆生产设施，并为捷豹、路虎等汽车厂商供应碳化硅芯片。2023年7月，美国空军研究实验室与芯片公司MACOM签订合同，联合开发设计碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)的先进半导体工艺技术。

　　2欧洲

　　2019年，欧洲启动产学研项目“LASTPOWER”,由意法半导体集团牵头，意大利、德国等六个欧洲国家联合攻关SiC和GaN的关键技术。2022年，欧盟公布《芯片法案》，旨在确保欧盟在半导体技术和应用领域的竞争优势以及芯片供应安全。2023年6月，意法半导体与三安光电达成新的合作协议，拟投资32亿美元在重庆建设一家8英寸SiC外延和芯片代工合资工厂;2024年5月，意法半导体宣布，将在意大利的卡塔尼亚新建一座8英寸SiC全产业链工厂，预计投资总额高达50亿欧元，年产能高达48万片。

　　3日本

　　2021年，日本经济产业省发布“半导体战略要点”，鼓励第三代半导体材料创新，并预先投入第四代半导体氧化镓的研究。

　　二国内部分省市第三代半导体亮点举措

　　我国于2021年3月发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，提出瞄准集成电路、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域，先进存储技术升级，碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展。2023年6月，工业和信息化部等5部门联合发布《制造业可靠性提升实施意见》，提出电子行业重点提升电子整机装备用氮化镓/碳化硅等宽禁带半导体功率器件、精密光学元器件等电子元器件的可靠性水平。2024年1月，工业和信息化部等7部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，要求发展高性能碳纤维、先进半导体等关键战略材料，加快超导材料等前沿新材料创新应用。

　　在国家政策的具体指导下，我国地方各级政府在集群培育、资金支持、项目招商等多方面出台政策，推动第三代半导体产业加速发展。

　　1北京

　　2019年8月，北京发布《关于促进中关村顺义园第三代半导体等前沿半导体产业创新发展的若干措施》，提出对第三代半导体企业的研发费用、设备支出、专利、示范利用等方面给予一定资金支持。

　　2上海

　　2019年10月，上海发布《中国(上海)自由贸易试验区临港新片区促进产业发展若干政策和集聚发展集成电路、人工智能、生物医药、航空航天产业若干措施》，提出对集成电路装备及材料类企业，年度销售收入首次突破5000万元、1亿元、5亿元、10亿元的，经认定后分别给予最高不超过200万元、800万元、1200万元、1500万元的一次性奖励，每上一个台阶奖励一次，实施晋档补差。

　　3广东

　　2020年9月，广东发布《广东省培育半导体及集成电路战略性新兴产业集群行动计划(2021-2025)》，提出到2025年，设计行业骨干企业研发投入强度超过20%，全行业研发投入强度超过5%，新组建15个以上半导体及集成电路领域的省级重点实验室、工程实验室等，建成5个以上公共技术服务平台。

　　4江苏

　　2023年2月，江苏发布《关于推进战略性新兴产业融合集群发展的实施方案》，提出高标准建设国家第三代半导体技术创新中心，为产业发展提供源头技术供给。开展基于碳化硅、氮化镓等单晶衬底及外延材料制备，推动宽禁带半导体电力电子器件等关键部件研发及产业化，建设国内领先、国际先进的第三代半导体产业基地。

　　5山东

　　2024年1月，山东发布《关于加快数字经济高质量发展的意见》，提出深入开展集成电路“强芯”工程，支持整机企业开发适配一批配套芯片，推动晶圆制造项目量产，布局高端封测产业，发展EDA设计工具、专用设备等，加快形成第三代半导体产业链。深入开展新型电子材料“融链”工程，支持东营、烟台、滨州、聊城等市向集成电路材料、新型显示基础材料等领域拓展，支持济南、德州等市提升大尺寸硅片、碳化硅衬底产能，支持淄博等市提升集成电路关键封装材料产能。

　　三陕西第三代半导体发展现状

　　2024年4月，陕西发布《陕西省培育千亿级第三代半导体产业创新集群行动计划》，提出陕西将重点开展第三代半导体材料工艺技术与核心产品攻关，打通晶体材料高效生长、器件设计制造等产业发展关键节点，构建第三代半导体产业链、创新链、服务链协同发展新模式，打造国内领先的千亿级第三代半导体产业创新集群。

　　2022年9月，拉普拉斯光伏及半导体工艺设备研发制造基地项目签约落户西咸新区泾河新城，项目将致力于攻克一批“卡脖子”关键零部件研发制造技术，进一步提高光伏和半导体设备的国产化率，不断提升和巩固我国光伏行业在国际上的领先地位。

　　2022年12月，西咸新区与江西誉鸿锦材料科技有限公司签订框架协议，在泾河新城建立西安第三代化合物半导体芯片与器件产业化项目，总投资116亿元。该项目将以第三代化合物半导体材料—氮化镓(GaN)为核心内容，建立第三代化合物半导体研发中心，开展氮化镓基半导体核心技术攻关、新品研发等工作。

　　2023年1月，西咸新区与隆基绿能科技股份有限公司签约年产100GW单晶硅片及50GW单晶电池项目，计划总投资约452亿元，共同打造光伏生产基地。

　　陕西电子信息集团有限公司牵头推进的8英寸高性能特色工艺半导体生产线项目已进入建设阶段，将成为国家在西北地区布局建设的首条8英寸高性能特色工艺半导体生产线。

　　此外，西安电子科技大学宽禁带半导体国家工程研究中心作为国家发改委批复建设的我国半导体领域关键工程中心之一，担负在宽禁带半导体领域打破发达国家技术封锁、自主创新突破发展的重要使命。其先进射频器件研发能力覆盖微波和毫米波波段，接近太赫兹频段。GaN高性能射频器件功率附加效率自2011年以来持续引领世界纪录。

　　四第三代半导体技术挑战与对策

　　在巨大市场需求、成本持续下行、技术自主可控的迫切需求下，第三代半导体行业迎来发展契机，其在新一代显示、5G移动通信、新能源汽车等领域展示出广阔、不可替代的应用前景，并逐渐成为人工智能、未来智联网等发展的核心关键元器件的材料基础。未来将成为新一代制造业必争的战略要地，以及全球各国提升核心竞争力的重要手段。

　　我国第三代半导体产业在快速发展的同时也面临着一定的挑战。例如产品可靠性仍需提高。从氮化镓基功率器件角度来看，我国材料和器件的整体研发水平基本与国际同步，但在部分特性指标上仍需努力，虽然已应用于收集快充、通用电源等领域，但产品可靠性与海外头部厂商的水平还存在一定差距。国内市场在第三代半导体领域的全产业链都具备研发能力，相对缺乏的是碳化硅IGBT器件产品，在高端碳化硅产业链方面仍需加油。

　　针对第三代半导体面临的挑战，建议一是通过产品晶圆尺寸的提升，进一步降低在GaN射频器件和SiC电力电子器件领域的研发和生产成本，提高产品的国际竞争力。二是瞄准国家重大需求，聚合科技创新资源，聚焦第三代半导体关键核心技术和重大应用方向，对全技术体系进行整体布局，梳理出“成熟技术”“需要突破”“前沿技术”的技术点，着力支持与产线相关的共性技术和前沿技术攻关。