在当今我们所处的时代,没有任何一项技术能够像互联网、电子信息技术这样深刻地改变着每一个人的生活。几乎是20年间,这项技术不但改变了我们的衣食住行,改变了人与人交往的方式,甚至改变着我们对自我和对世界的认知。
而这一切的源头,是一种叫做硅(Si)的半导体材料。小小的材料却是庞大的电子信息产业的“核芯”。但随着集成电路不断小型化发展,Si材料技术已经拓展到了纳米级别,达到了原子级层面。无疑,Si材料技术终将无法突破自身的极限,就连被誉为电子信息产业第一定律的“摩尔定律”也被诸多学者及业内人士判定将逐步走向衰亡。
不过,材料物理性能的极限并不能阻挡人类智慧进步的脚步,具有更宽的禁带宽度,更高的电场击穿电压、更高的热导率和电子饱和速率,以及更强的抗辐射能力的第三代半导体材料已经登上产业舞台。充分发挥这类半导体材料的优异性能制造的新一代电力电子元件,将变得更小、更快、更可靠、更高效,甚至更便宜。它向世界提供了一个新的机遇,即将开启电子信息产业全新的未来。
当前,世界各国都在不遗余力地推动以第三代半导体为核心的下一代电力电子技术的发展,并展开全面战略布局。就在今年年初,美国总统奥巴马在北卡罗莱纳州大学高调宣布,以该校为核心建立“下一代电力电子技术国家制造业创新研究所”,这是继3D打印之后又一个美国国家级的制造业创新中心,成为全美振兴制造业计划的重要一环。
第三代半导体材料又称宽禁带半导体材料,目前以SiC和GaN为主要代表。据法国Yole统计,全球有超过30家公司具有SiC器件设计、制造和销售能力,几乎所有Si基功率器件厂商也或多或少活跃在SiC市场。其中,代表企业包括材料厂商Dow Corning(美国)、II-VI(美国)、Nippon steel(日本)、昭和(日本)、Si Crystal(德国) 、Cree(美国),以及器件厂商Infineon(德国)、Rohm(日本)等。根据 IMS Research的数据,2012 年全球民用 SiC 和 GaN 功率器件市场的销售规模仅为1.43亿美元。在我国,也有不少企业加入到了第三代半导体产业的发展洪流。除以研究为主的中国科学院物理研究所、中国科学院半导体所、上海硅酸盐研究所、北京大学、南京大学、山东大学、西安电子科技大学、中国电子科技集团46所、13所、55所等研究单位之外,天科合达、山东天岳、中瑞经纬、泰科天润、苏州能迅等企业也从材料制备、器件设计生产与制造开始进入商业化运作,下游厂商华为、中兴、国网智能研究院、株洲南车等也纷纷开始第三代半导体器件的应用。
我们相信,不用太长的时间,第三代半导体巨大的商业价值即将全面展现,同时也期待中国企业能够有更好的表现。
原文刊登于《新材料产业》2014年第3期,有改动。
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