第三代半導體又稱寬禁帶半導體，禁帶寬度在 2.2eV 以上，主要以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體材料。相較于以硅(Si)、鍺元素(Ge)代表的第一代和以砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb)為代表第二代半導體材料，具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等特點和優(yōu)勢。被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、新一代移動通信、消費類電子等領(lǐng)域，被視為支撐能源、交通、信息、國防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)。寬禁帶半導體，已成為美國、歐洲、日本半導體行業(yè)競相重點研究的方向。

第三代半導體材料風口來臨

第三代半導體材料除包含碳化硅、氮化鎵之外，還有氧化鋅、金剛石、氮化鋁等半導體材料。但氧化鋅、金剛石、氮化鋁等第三代半導體材料的研究尚屬起步階段。業(yè)界也普遍更看好碳化硅和氮化鎵市場前景。據(jù)預(yù)測，到 2022 年，碳化硅和氮化鎵功率器件的市場規(guī)模將達 40 億美元以上，年均復(fù)合增長率可達45%，屆時將催生巨大的應(yīng)用市場空間。

在政策上，我國政府主管部門高度重視第三代半導體材料及相關(guān)技術(shù)的研究與開發(fā)。從 2004 年開始對第三代半導體技術(shù)領(lǐng)域的研究進行了部署，并啟動了一系列重大研究項目。2013 年科技部在“863”計劃新材料技術(shù)領(lǐng)域項目征集指南中明確將第三代半導體材料及其應(yīng)用列為重要內(nèi)容。2015 年和 2016 年國家科技重大專項都對第三代半導體功率器件的研制和應(yīng)用進行立項。2016年國務(wù)院發(fā)布的面向2030的6項重大科技項目和9大重大工程中，第三代半導體是“重點新材料研發(fā)及應(yīng)用”重大項目的重要部分。2016年12月，國務(wù)院成立國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導小組，加快推進新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展；2017年2月，國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會成立；2017年6月，第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟組織編輯2030國家重點新材料研發(fā)及應(yīng)用第三代半導體版塊實施方案。

在投資方面，當前國內(nèi)的半導體產(chǎn)業(yè)投資基本上進入了國家主導的投資階段，加上大基金的成立開啟了一輪國內(nèi)投資半導體的熱潮，無論是政府資金，還是產(chǎn)業(yè)資本都紛紛進入這個領(lǐng)域，多地已逐步發(fā)展成為第三代半導體產(chǎn)業(yè)特色集聚區(qū)。

國內(nèi)企業(yè)還需追趕

在碳化硅方面，天科合達、山東天岳、中電集團二所等初步實現(xiàn)4英寸碳化硅單晶襯底材料量產(chǎn)，并開發(fā)出6英寸樣品；泰科天潤、世紀金光、中電五十五所、十三所等多家企業(yè)和機構(gòu)已實現(xiàn)600-3300V的碳化硅肖特二極管量產(chǎn)，處于用戶驗證階段；中車株洲時代電氣、國家電網(wǎng)聯(lián)研院、廈門三安等企業(yè)建設(shè)了6英寸碳化硅電力電子器件工藝線；揚杰科技的碳化硅芯片技術(shù)已達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

在氮化鎵方面，中電十三所已形成系列化氮化鎵微波功率器件和MMIC產(chǎn)品，并被華為、中興用于進行基站研發(fā)；蘇州納維、東莞中鎵具備2-4英寸氮化鎵單晶襯底材料的供貨能力；蘇州能訊、蘇州晶湛、江蘇能華、杭州士蘭微、江蘇華功半導體均已進入布局氮化鎵電力電子材料和器件；三安集團也已建設(shè)氮化鎵射頻器件工藝線。海特高新通過其子公司海威華芯開始建設(shè)6英寸的第二代/第三代半導體集成電路芯片生產(chǎn)線，項目建設(shè)規(guī)模：砷化鎵半導體芯片(6寸)40000片/年，氮化鎵半導體芯片(6寸)30000片/年。

由于第三代半導體材料及其制作的各種器件的優(yōu)越性、實用性和戰(zhàn)略性，未來，由碳化硅、氮化鎵材料制成的半導體功率器件將支撐未來節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢，成為節(jié)能設(shè)備最核心的器件，許多發(fā)達國家將第三代半導體材料列入國家計劃，全面部署，竭力搶占戰(zhàn)略制高點。我們在看到半導體產(chǎn)業(yè)政策和資金的支持下，涌現(xiàn)出了一大批相當有技術(shù)實力的企業(yè)，并且在部分領(lǐng)域在逐漸縮小與日、美、歐的差距的同時。也應(yīng)該清晰地認識到，由于中國開展碳化硅、氮化鎵材料和器件方面的研究工作起步比較晚，與日本、歐美等國相比整體水平上還有很大差距，我國在碳化硅、氮化鎵材料的制備與質(zhì)量等問題，特別是原始創(chuàng)新問題，亟待破解。