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在全球低碳節能環保的大環境下，以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體材料憑借其高效率、高密度、高可靠等優勢，發揮出越來越重要的作用。

第三代半導體材料優勢明顯

一般來說，芯片可以分為計算芯片、存儲芯片、傳感芯片、通信芯片、功率芯片、信息處理芯片和光電芯片等幾大類。其中，功率芯片作為用電裝備和系統中的核心芯片，其作用是實現對電能的處理、轉換和控制，管理著全球超過50%的電能資源，廣泛用于智能電網、電動汽車、軌道交通、可再生能源開發、工業電機、數據中心、家用電器、移動電子設備等國家經濟與國民生活的方方面面，是我國工業體系中不可或缺的一類核心芯片，在全球低碳節能環保的進程中也發揮著舉足輕重的作用。

現有的功率芯片大多基于硅半導體材料，由于材料物理性能的限制，芯片的能效和性能已逐漸接近其極限，難以滿足迅速增長和變化的電能應用的新需求。以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體材料(有時亦被稱為第三代半導體材料)由于禁帶寬度顯著高于硅材料的1.1eV，有著高耐電場和高耐受溫度的特點，基于這些材料的功率芯片也因此表現出以下幾方面巨大的優勢：高效率，相同芯片面積的導通損耗比硅基器件低近千倍(在相同的電壓/電流等級);高密度，開關頻率是硅器件的幾十倍，可以大大減小電能轉換電路中儲能元件的體積，從而成倍地減小設備體積;高可靠，理論上可以在600℃以上的高溫環境下工作，并有抗輻射的優勢，可以大大提高系統的可靠性。

因此，寬禁帶半導體功率芯片在能源轉換領域具有巨大的技術優勢和應用價值，其中，碳化硅功率芯片被公認為在中等以上功率應用中具有明顯的優勢。經過近30年的研究和開發，碳化硅材料和功率芯片技術在近年開始成熟，并快速地被推廣應用，正在掀起一場節能減排和新能源領域的巨大變革，在電動汽車、新能源并網、高效信息電源以及家用電器等領域發揮重要作用。國際領先企業紛紛重點部署市場，全球新一輪的產業升級已經開始。

高質量大尺寸是碳化硅材料發展方向

碳化硅寬禁帶半導體功率芯片的產業鏈包括碳化硅材料、芯片、封裝測試、系統應用四個環節。其中，高質量、大尺寸的碳化硅單晶材料是碳化硅技術發展的基礎，增大晶圓尺寸、降低缺陷密度和成本是其主要發展方向。

國際上碳化硅單晶材料以6英寸為主流，并開始實現8英寸晶圓的批量生產;在我國則以4英寸晶圓為主流，6英寸晶圓實現小批量生產。在芯片方面，德國英飛凌(Infineon)公司和美國科銳(Cree)公司早在2001年就發布了碳化硅功率二極管產品，而由于碳化硅晶體管技術難度大，直到2010和2011年，才由日本羅姆(Rohm)公司和美國Cree公司實現量產。SiC二極管和晶體管(以MOSFET為主)由于其性能優越，成為目前產業化成熟度最高、最受歡迎的碳化硅功率芯片，其市場以每2~3年翻一番的速度迅速成長。目前，國際上主要的碳化硅功率芯片公司有美國Wolfspeed(Cree公司的子公司)、德國英飛凌、日本羅姆、歐洲的意法半導體(STMicroelectronics)、日本三菱，這五家公司占據了全球市場的約90%。

由于其用于電能變換的特點，功率芯片和計算、存儲等芯片在技術層面上存在著顯著的不同，其主要技術難點和進步并不依賴于日益精細的工藝線寬，它主要依靠單晶襯底和外延材料的技術水平、芯片研發和生產的經驗，以及和應用環節的緊密配合。根據法國市場調研Yole公司的預測，2020年碳化硅功率芯片的市場規模將達到35億元人民幣，并以超過40%的年復合增長率繼續快速增長。預計到2030年，全球碳化硅功率芯片市場規模將超過500億元人民幣，并拉動十倍甚至幾十倍規模的裝備和終端市場。

我國碳化硅材料和芯片期待產業化發展

在國內，“十二五”初期，我國開始布局碳化硅功率半導體芯片的研發，實現了從無到有的突破?！笆濉逼陂g，我國掀起了碳化硅功率半導體材料和芯片產業化的浪潮。近年來，在各級政府、各類企業、科研院所、產業聯盟等的共同努力下，我國在碳化硅功率半導體芯片領域取得了初步成效，形成了一定的技術積累。目前，我國的碳化硅功率芯片產品以二極管產品為主，在晶體管方面，若干單位具備一定的產品開發能力，正在進入實現產業化的初期。在國家科技項目和各級政府的支持下，目前國內有多家企業和平臺正在建設或已建成多條4~6英寸碳化硅芯片工藝線，這些工藝線的投產，將會大大提升國內碳化硅功率芯片的產業化水平。

在取得快速進展的同時，由于起步較晚，我國當前的碳化硅產業和國際上依然存在較大的差距。為了更快更好地發展我國碳化硅材料和芯片產業，可以從以下幾個方面著力推進：

一是組織制定中長期發展規劃。碳化硅材料和功率芯片技術的發展依然需要依靠國家大力支持，只有這樣，才能在落后國際先進水平的情況下奮起直追，打造獨立自主、具有國際競爭力的碳化硅產業鏈。建議根據國情和市場需求，編制“中國碳化硅材料和器件產業發展中長期規劃”，對碳化硅材料和功率芯片產業進行有規劃、分層次、穩定的支持。

二是形成以企業為創新主體的規?；a業。我國碳化硅功率芯片產業還處于發展初期，產業規模尚未形成。為應對國際市場日益嚴峻的競爭壓力，我國在產業發展過程中應以應用需求為導向，以盡快形成規?；a業為目標，以企業為創新主體，加快制定產業標準，發揮產業地域效應和集群效應，盡快實現碳化硅材料和功率芯片產業規?；l展。

三是構建“產學研用”結合的協同創新發展體系。我國碳化硅材料和功率芯片產業發展必須堅持自主創新、“產學研用”相結合。目前亟須集中力量、突出重點，發揮科研院所的基礎技術研發、關鍵技術攻堅和高端人才培養的優勢，并使之與企業緊密結合，形成自主知識產權，不斷提高產業技術水平和競爭力，打造一支支撐技術和產業發展的人才隊伍。建議在以企業為創新主體的同時，打造公共創新平臺，促進科研院所和企業相結合的創新機制，加快碳化硅材料和功率芯片產業化進程。

四是建設上下游緊密溝通和合作的完整產業鏈。國內已有一批碳化硅單晶襯底材料、外延材料、器件設計和制造工藝的企事業單位，但離形成完整產業鏈尚有較大差距。產業鏈各環節，以及材料、芯片質量評價和性能驗證是環環相扣、互相推動的統一整體。我國在產業鏈上的最大優勢是擁有巨大的市場和強勁的應用需求，建議在政策引導下，充分發揮這一優勢，以市場需求拉動產業鏈上游各環節，引導各環節間實現資源共享、互相促進，形成一個布局合理、結構完整的產業鏈。

五是充分發揮行業協會和產業聯盟作用。建議充分發揮行業協會和產業聯盟的橋梁和紐帶作用，向政府建言獻策、為企業出謀劃策，一方面向政府反映企業訴求，優化政府政策;另一方面向企業傳達政府政策，指導企業科學發展和自主創新，有效進行結構調整，實現我國碳化硅材料和芯片產業的可持續發展。

我國碳化硅功率芯片的市場約占據國際市場的40%~50%。通過有效的中長期發展規劃、政府和企業界的持續投入、下游市場的有效拉動和產學研用的緊密配合，我國的碳化硅材料和芯片技術與產業化水平有望在未來短時間內得到迅速發展，并在不遠的將來邁入國際先進行列。

來源：中國電子報、電子信息產業網