半导体材料演进历程

第一代材料是硅(Si),大家通俗理解的硅谷,就是第一代半导体的产业园。

第二代材料是砷化镓(GaAs),为4G时代而生,目前的大部分通信设备的材料。

第三代材料目前比较成熟的有碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等,未来5G时代的标配。

第三代半导体是5G、人工智能、工业互联网等多个“新基建”产业的重要材料,同时也是世界各国半导体研究领域的热点。

根据《2020年第三代功率半导体报告》所统计,到2020年底,全球SiC 和GaN功率半导体的销售收入预计将从2018年的5．71亿美元增至8．54亿美元。

未来十年的年均两位数增长率,到2029年将超过50亿美元。

韩国政府出手欲抢占先进功率半导体市场先机

近日,韩国政府发布了一份先进功率半导体研发和产能提升计划。

目前韩国国内市场规模约为20亿美元,由于缺乏技术和专利,90%以上的市场需求依赖进口。

韩国政府计划到2025年将市场竞争力提升到全球水平,以便到那一年韩国至少有5种先进的功率半导体产品上市。

政府计划积极支持研发和基础设施建设,以抢占仍处于早期阶段的下一代功率半导体市场,并建立一个坚实的产业生态系统。

如此一来,韩国加入美国、中国和日本等国家的行列,均宣布促进本土芯片产业发展的政策,包括功率半导体的制造。

致力于SiC、GaN、Ga2O3三种材料的应用技术和技术,克服硅酮材料的局限性,协助国内企业的材料和芯片研发工作。

韩国产业通商资源部在一份声明中表示,将与韩国国内的代工厂建立6 - 8英寸的制造工艺,以扩大相关的代工服务。

韩国无线通信设备半导体企业RFHIC(艾尔福)被选定为课题牵头企业,SK Siltron将参与SiC基板/GaN树脂的制作,LIG nex1负责系统的验证,韩国电子通信研究院(ETRI)的半导体工厂将被用来进行GaN MMIC的制作。

而在早前4月1日,韩国政府曾召开会议,发表了“下一代功率半导体技术开发及产能扩充方案”,宣布将正式培育下一代功率半导体技术。

韩国近年来在第三代半导体方面动作频频

2000年韩国制订了GaN开发计划,政府在2004～2008年投入4．72亿美元,企业投入7．36亿美元以支持韩国进行光电子产业发展,使韩国成为亚洲最大的光电子器件生产国。

2009年韩国发布《绿色成长国家战略》,全力发展环保节能产业,并致力于使得该产业成为韩国经济增长的主要动力之一。

2010—2012年间投入约4500万美金以推动MOCVD机台实现国产化、引进制程自动化系统并开发高速封装、监测设备。

韩国围绕Si基GaN和SiC器件启动功率电子国家项目,同时重点围绕高纯SiC粉末制备、高纯SiC多晶陶瓷、高质量SiC单晶生长、高质量SiC外延材料生长4个方向,开展了国家研发项目。

韩国产业通商资源部(MOTIE)举办研讨会,为了强化系统半导体的竞争力,产、官、学三界联手投资4645亿韩元(4．15亿美元),开发低能源、超轻量和超高速的半导体芯片。

这当中1326亿韩元用于开发先进超轻量传感器、837亿韩元投入低耗能的SiC功率半导体,47亿韩元投资超高速存储器和系统整合设计技术。

2021年,韩国政府对第三代半导体的发展越来越重视,仅是这三年便实施了多项举措,特别是在汽车半导体、5G领域。

最近更是传出三星有意收购一家汽车半导体大厂,目标可能包括恩智浦,德州仪器,微芯和亚德诺等公司。

韩国正在向欧美日巨头发起冲击

X-band “氮化镓”半导体超高频率集成电路(MMIC)是安装在韩国战斗机(KF-X)上的雷达核心配件。

除X-band外,课题还将扩大到Ku-band、Ka-band等,该技术也适用于扩展到28千兆(GHz)的5G通信设备及卫星通信。

曾经的韩国通过在存储领域的血拼,为其半导体产业的发展打下了基础。以三星、SK海力士等为代表的韩国半导体厂商在此间成长了起来,并在全球半导体产业链中扮演着重要的角色。

而随着5G、人工智能时代的来临,在新的应用场景的推动下,全球半导体格局面临着可能会发生变化的情况。

在新的半导体市场竞争之下,韩国半导体产业正在试图减轻对存储产品的依赖,向其他领域进行进军,以扩大其在半导体领域的影响力。

国内第三代半导体紧跟步伐

据集邦咨询指出,因疫情趋缓所带动5G基站射频前端、手机充电器及车用能源等需求逐步提升,预期2021年GaN通讯及功率器件营收分别为6．8亿和6100万美元,年增30．8%及90．6%,SiC器件功率领域营收可达6．8亿美元,年增32%。

第三代半导体是未来各地抢占电动车、新能源,甚至国防、太空优势,不能忽视的关键技术,谁在这个领域领先,谁就能在这个领域胜出,有机会成为下一个台积电。

日前,阿里巴巴达摩院预测了2021年科技趋势,其中位列第一的是以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体将迎来应用大爆发。

国家2030计划和“十四五”国家研发计划已明确第三代半导体是重要发展方向。

计划在2021-2025年期间,举全国之力,在教育、科研、开发、融资、应用等等各个方面,大力支持发展第三代半导体产业,以期实现技术与生产独立,自给自足,不再受制于外部限制。

以碳化硅为代表的第三代半导体开始逐渐受到市场的重视,国际上已形成完整的覆盖材料,器件,模块和应用等环节的产业链,全球新一轮的产业升级已经开始。