在日前于南京舉辦的世界半導體大會第三代半導體產業發展高峰論壇上，與會專家紛紛表示，近年來我國第三代半導體產業發展進程較快，基本形成了從晶體生長到器件研發制造的完整產業鏈。同時，我國在高速軌道交通、新能源汽車、5G應用等第三代半導體關鍵市場的增速位居全球前列，為第三代半導體帶來巨大的發展空間和良好的市場前景，將催生上萬億元潛在市場。第三代半導體為何如此被看好，有哪些重點應用方向？我國第三代半導體企業該如何抓住發展機遇，提升生存和競爭能力？
未來半導體的重要方向
材料貫穿了半導體的整個生產流程，是半導體產業鏈的重要支撐。相比鍺、硅等第一代半導體，砷化鎵、磷化銦等第二代半導體，以碳化硅、氮化鎵為主的第三代半導體具備耐高溫、耐高壓、抗輻射等特點，特別適合制造微波射頻、光電子、電力電子等器件。
第三代半導體為何如此被看好？賽迪顧問新材料產業研究中心副總經理楊瑞琳指出，由于傳統工藝和硅材料逼近物理極限，技術研發費用劇增，制造節點的更新難度越來越大，“摩爾定律”演進開始放緩。第三代半導體材料是“超越摩爾定律”的重要發展內容，也是未來半導體產業發展的重要方向。
現階段，第三代半導體器件還難以在成本上與硅器件匹敵。但從長遠來看，第三代半導體在成本控制上展現出更強的潛力。一方面，由于硅材料的開發逼近極限，降價空間所剩無幾，而第三代半導體隨著市場規模持續提升，成本仍有較大的下調空間。另一方面，第三代半導體有利于降低電力系統的整體成本和能源消耗。
“基于碳化硅高頻、高效能、損耗小的特性，系統中的電感、電容、散熱器體積可以做得更小。目前碳化硅應用還集中在高端應用市場，一旦到達‘甜蜜點’，也就是價格降到硅器件2.5倍左右，就能降低系統的整體成本，實現對功率器件市場的加速滲透。”基本半導體總經理和巍巍向《中國電子報》表示。
新基建帶來廣闊空間
從20世紀80年代起，第三代半導體材料催生了照明、顯示、藍光存儲等光電領域的新需求和新產業。近十年來，第三代半導體材料應用的熱點轉向電子器件領域，在光伏逆變器、電動汽車驅動模塊、UPS、電力變換、電機驅動等涉及電力、電器、電子和新能源的領域都有著重要的應用。
今年以來，小米、華為、OPPO、魅族等終端廠商接連推出氮化鎵快充，迅速提升了第三代半導體在消費市場的用戶認知度。使用氮化鎵和碳化硅的電源產品具有變頻效率高、抗高溫、高能效、輕量化等特點。隨著家電節能和能耗要求越來越嚴，使用第三代半導體作為電源或家電變頻器將成為必然選擇。
而新基建的提出，再次讓第三代半導體站上風口。在新基建的范疇中，5G、特高壓、軌道交通、新能源汽車四個領域與第三代半導體息息相關。
在5G基站領域，氮化鎵是最具增長潛質的半導體材料之一，將加速滲透5G基站所需的射頻功率放大器市場。研究機構Yole指出，5G商用宏基站以64通道的大規模陣列天線為主，單基站PA需求達到192個，預計2023年氮化鎵射頻器件市場規模將達到13.24億美元。
對于碳化硅產業，新能源汽車是未來幾年最重要的市場驅動力?！峨妱悠嚦潆娀A設施發展指南（2015—2020年）》指出，到2020年，新增集中式充換電站超過1.2萬座，分散式充電樁超過480萬個，以滿足全國500萬輛電動汽車充電需求。一方面，碳化硅器件可以實現更高的功率密度、更小的體積，滿足充電樁體積小且支持多輛車快速充電的需求；另一方面，采用碳化硅MOSFET（金氧半場效晶體管）的新能源汽車逆變器，能從電池、車內空間占用、冷卻系統等方面節約電動汽車的總體成本。
碳化硅高溫、高頻、低損耗的特性，也將在特高壓和軌道交通領域發揮作用。目前碳化硅已經在中低壓配電網啟動應用，未來，更高電壓、更大容量、更低損耗的柔性輸變電對萬伏級以上的碳化硅功率器件存在大量需求。同時，將碳化硅應用于軌道交通牽引變流器，將推動牽引變流器裝置的小型化、輕量化發展，減輕軌道交通的載重系統，推動軌道交通的綠色、智能化發展。
與國際先進水平仍存差距
第三代半導體的先天優勢，吸引國內外半導體企業紛紛搶灘。科銳、羅姆、意法半導體、英飛凌、安森美、恩智浦、三菱電機等歐美日領先廠商通過擴充產能、投資并購等方式，在第三代半導體市場跑馬圈地。
隨著第三代半導體的戰略意義被廣泛認知，國內廠商加速布局，形成了包括襯底、外延、器件設計、流片、封裝、系統在內的產業鏈條。但是在材料指標、器件性能等方面，國內廠商與國際先進水平仍存差距。
和巍巍表示，國內第三代半導體與國際巨頭存在差距，原因是綜合性的。一是起步略晚，在專利積累上有所滯后；二是海外公司在第三代半導體進行了20~30年的長期投入，在投資強度上具備優勢；三是具備工程經驗的人才相對稀缺。
“人才不像購買設備，需要相當長的培養周期。微電子等相關專業的碩士生，普遍缺乏流片等工程經驗，進入企業之后需要進一步的培訓，持續在實踐中積累，才能從畢業生轉變為有經驗的工程師。所以，人才培養的時間成本還是比較高的。”和巍巍表示。
從產業鏈進程來看，國內第三代半導體在產業鏈的整合、完善程度上，仍有待優化。一方面，國際第三代半導體大廠多采用IDM模式，具備更強的產業鏈整合能力。芯謀研究首席分析師顧文軍向《中國電子報》表示，科銳等第三代半導體巨頭，實現了設計制造一體化，技術和工藝的整合程度較高，實現了具備差異化優勢的產品和更高的良率。另一方面，國內第三代半導體在EDA、高質量檢測設備等環節存在短板。和巍巍指出，國際EDA廠商往往和碳化硅廠商合作多年，積累了大量的數據，仿真程度更高，而國內EDA工具普遍缺乏第三代半導體的數據積累。
第三代半導體本身的產業特點，也增加了后發企業提升市場份額的難度。瀚天天成總經理馮淦曾向記者表示，碳化硅面向大功率電力電子器件，對可靠性和安全性有著極高的要求，認證周期較長。一旦終端企業更換供貨商，將面臨產品的重新認證，后發企業挑戰龍頭企業生態優勢的難度較大。
抓住窗口期提升競爭力
第三代半導體是國家科技創新2030重大項目“重點新材料研發及應用”的重要部分，近年來取得快速發展，其技術價值和應用前景得到廣泛認可。
第三代半導體產業技術創新戰略聯盟秘書長于坤山表示，推動第三代半導體進一步發展，一方面，要把握5G、新能源汽車、能源互聯網、消費類電子、新型顯示等市場契機，加速試點布局和產業化企業落地。另一方面，建議地方政府加強頂層布局，圍繞國家項目進行產業鏈配套，夯實支撐產業鏈公共研發和服務等技術平臺，加速完善產業生態環境。
面對第三代半導體的產業窗口期，企業該如何提升生存和競爭能力？和巍巍表示，作為企業，一是要追趕國外最先進水平，對標最先進的器件。二是完善老、中、青人才梯隊的培養。三是通過股權激勵，以及參與、推動產學研聯合培養人才的模式，提升人才待遇，更好地留住人才。
泰科天潤董事長陳彤曾向記者表示，后發企業要成長，必須抓住新舊技術迭代的窗口期。碳化硅是一個新的產業機會，給了中國功率半導體企業參與國際競爭的契機。企業要利用貼近中國市場的優勢，以更快的反應速度，抓住市場機遇。
對于提升國內第三代半導體企業的風險抵御能力，和巍巍指出，碳化硅等三代半導體采用升華再結晶的方式生長，相比拉單晶的硅材料，更容易出現缺陷，造成器件失效，這是國內外廠商普遍面臨的難題。加上國內企業與國際廠商在技術水平和營收能力上仍存差距，一旦器件出現故障，可能會因為高額的賠付蒙受巨大損失。如果能針對國內半導體器件推出試用保險，將為企業的研發創新注入更多信心。