近年來，國內一些從事LED化合物半導體的大廠都開始轉戰第三代半導體，皆欲探索“直道超車”。
華為旗下哈勃投資的一個重點就是第三代半導體，在所投30家芯片公司中，第三代半導體就占了9家，其中多家是碳化硅（SiC）重點企業，如山東天岳、天科合達、瀚天天成和天域半導體。
伴隨SiC進入新能源汽車產業鏈、氮化鎵（GaN）快充應用的規模化成功，第三代半導體逐步進入消費和工業領域。
事實上，第三代半導體就像是一棵樹，樹長結著不同的蘋果，有的正在成熟，有的還在生長，還有的剛剛萌發。“一個還沒有紅透的蘋果是半導體照明，后面還跟著一串串果實，”這是第三代半導體產業技術創新戰略聯盟理事長吳玲對以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體的形象比喻。
在分享第三代半導體產業發展的現狀和趨勢，以及我國未來發展戰略和路徑模式時她表示，綠色、低碳、萬物互聯已經成為全球新一輪科技和產業變革，將顛覆性影響人類社會的發展，改變生產、生活、思維方式。在這一進程中，第三代半導體將扮演不可替代的角色。而這棵樹本身也需要陽光、雨露和土壤，才能健康成長，結出豐碩的果實。
開始成熟的果實
第三代半導體的典型五高特征：高光效、高功率、高電壓、高頻率和高溫度，吳玲這樣概括。最近還有專家提出了全光譜、抗輻照等特征。可見，第三代半導體材料性能在不斷提升，功能在不斷拓展，有助于支撐我們國家的雙碳目標。
響應中國的2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”，國家電網公司提出建立以新能源為主體的新型電力系統，到2050年實現“兩個50%”，這需要大量的功率器件，特別是特高壓柔性輸變電，硅肯定是達到極限了，而碳化硅是目前已知唯一能夠承受萬伏千安的半導體材料。
高鐵的典型的大功率應用 她指出，未來節能的潛力非常巨大，首當其沖的是新能源汽車芯片，尤其是功率芯片，所以，實現節能不僅是能源、交通，新能源汽車的升級換代發展速度非常快。5G的到來，硅也用到了極限，而氮化鎵是目前唯一同時能夠實現高頻、高效和大功率的材料，特別是有典型的軍民融合案例，將近20年的軍工研發成果已經轉到5G應用。 SiC和GaN在汽車上的應用 以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體就像一棵樹，應用面非常廣。不僅在光電子領域有一個還沒有紅透的蘋果——半導體照明，它今年有可能達到8000億元產值；微波射頻，還有電力電子，三大支撐將應對能源環境的挑戰，推進新一代信息技術的可持續發展，特別是制造業的升級。 現狀是，從這棵樹的三大枝杈來看，光電子領域的半導體照明已經見到成效，國家科技部2003年啟動了國家半導體照明工程。18年來，從技術追趕、并行，到現在部分領先，全產業鏈尤其是高端裝備和一些配套材料已經自主可控，芯片的國產率達到80%。 第三代半導體果實累累 小荷才露尖尖角 吳玲表示，在第三代半導體的五高全光譜中，8000億產值的光電領域創新只是一個藍光的突破。現在正向長波長和短波長快速發展，如深紫外光不僅可用于紫外固化等，對新冠病毒也有一定效果，北京將要舉辦的冬奧會目前也有一些應用，冬奧場館內將大量使用手持安檢儀消毒，以減小場內交叉感染風險。從半導體照明光效提升到目前的超越照明，應用面非常廣，尤其是光生物、光遺傳、光健康、光治療等，甚至是光農業，發展速度很快。 光電器件也在從標準結構向小間距，甚至未來的micro LED方向發展，開啟了高度集成半導體信息顯示技術的新變革。在12月初的國際第三代半導體論壇暨中國國際半導體照明論壇上，京東方董事長陳炎順說：“原來以為液晶市場到了一個節點，OLED將會有占有一定的份額。但是沒想到mini LED的出現，讓液晶面板壽命又延長了。”所以，未來下一代顯示技術到底是幾分天下，還有待驗證，但至少mini LED、micro LED和OLED將是三分天下。 在微波射頻方面，中國部分技術已經達到國際先進水平，從2015年啟動第三代半導體就在推動軍轉民。2019年，華為、中興通訊已買不到芯片，開始用國產替代，到2020年，應該已經超過了20%。2023年，中國將進入毫米波頻段的商用，6G現在也已經啟動了預研。 從“十二五”開始到現在，碳化硅、氮化鎵等功率半導體材料和器件都實現了從無到有，但還沒有做到能用、好用。目前國內還是以四英寸碳化硅襯底為主，六英寸僅是小批量供貨，而國外八英寸已經出來了，六英寸是主流。關鍵問題是我國車規級、電網級器件目前還是全部依賴進口，所以電力電子應用方向市場非常大，滲透率將非常快。現在中低壓硅基氮化鎵快充已經成為網紅，從消費到工業級，未來功率器件的復合成長率將超過50%，發展速度非常快。 在電力電子方向，新能源汽車是主要驅動力，我國新能源汽車發展速度非常快，原來沒有想到今年汽車銷量達到了三百多萬輛，明年滲透率就將達到35%。也曾有新能源汽車的老總在問，國產器件兩年內上車怎么樣？但汽車認證過去需要五年，現在也得三年。他卻說：“現在汽車架構、總成架構都在變，認證有可能就一年，因為很多模式發生了變化。”所以，“十三五”提出汽車領域主要是充電樁示范應用，現在看有點保守了。“十四五”期間，尤其是未來2-3年，汽車功率器件應用將提速，隨著巨大的市場需求，2023年國產碳化硅有望進入汽車的電機驅動控制器。 產業格局初長成 吳玲指出，第三代半導體的典型特征不僅是性能提升和功能拓展，一些典型需求更會促進相關產業的快速發展。雖然有一些高端原材料、核心裝備仍然還在卡脖子，但是它沒像集成電路那種嚴重，有望擺脫對國外的依賴。 目前，國內第三代半導體從材料、襯底、芯片、器件、模塊到應用，鏈條基本裝備齊全，也已有一些產品。像技術難度比較高的MOSFET現在也有三條線，并有樣品出來。從布局上看，研發主要集中在京津冀，半導體基礎主要在長三角，粵港澳大灣區應用非常集中，創新鏈條比較完整。 從最新的情況看，第三代半導體沿途下蛋，已在全國鋪開，但一定也會迎來第一波洗牌。從半導體照明產業18年的歷程看，主要是圍繞產業鏈構建創新鏈，打通應用鏈條，通過一些示范應用解決共性關鍵技術；另外是和資本聯動，形成發展合力。因為LED門檻不太高，95%都是比較小的民營企業，所以大家容易抱團兒。 第三代半導體的發展面臨的挑戰更大，機遇也前所未有。前不久，在北京亦莊，對01、02集成電路專項評估時，很多專家認為：第一代、第二代、第三代半導體雖然不是替代關系，但集成電路仍然是支撐經濟社會發展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業，需要努力追趕。大家認為要考慮理性追趕，而且要在后摩爾技術來臨前超前布局，包括材料和一些低維的二維拓撲等。 面對以第三代半導體為代表化合物半導體超越摩爾定律的機會，最重要的是國內有巨大的需求，如信息、能源、交通市場。市場在中國，技術只要能夠自主可控，有部分優勢，就可以形成在全球產業的落腳點，也就是說用產業戰略推進技術戰略，重塑全球半導體產業競爭新格局。將來和美國談判時，也有能拿到桌子上的東西。 第三代半導體賽道機會千載難逢 面對中美貿易戰影響和國外功率半導體廠商的強勢，為保障產品供應不受限制，華為在加大對國內功率半導體產品采購量的同時，已涉足功率半導體領域，進入了自主研發的賽道。如華為90后專家所說：“能夠遇上有可能還要火20年甚至30年的技術賽道是一生的榮幸。” 作為第三代半導體全球最大的市場，我國的能源、高鐵、新能源汽車、5G，特別是工業用電端和消費類電子等正在驅動技術的快速發展。而國內第三代半導體技術和國際上的差距并不很大，已經有近20年的儲備，包括LED到軍工射頻；而且國際巨頭在專利標準和規模方面并沒有形成壟斷，所以中國有機會在一些細分賽道上自主可控。 關鍵在于，與集成電路相比，第三代半導體的工藝尺寸、線寬、設計復雜度、裝備精密度的門檻相對較低，投資規模也就是集成電路的十分之一。它原來只是集成電路中的特殊工藝，所以沒有那么多卡脖子問題，所以是千載難逢的機會。 畢竟也是半導體，有著戰略性和市場性的雙重特征，第三代半導體的問題是后進入者追趕難度很大。除了LED外，電力電子、微波射頻進入供應鏈的難度都不小，例如上汽車、上高鐵的難度還是比較大，尤其是現在逆全球化的國際環境對國際合作有很多障礙。 從創新鏈和產業鏈存在的問題看，第三代半導體最重要還是材料缺陷，如何把材料做好，包括單晶生長的工藝控制、成品率等非常關鍵。國內的芯片工藝仍然不夠成熟，存在代差，應用迭代也比較慢；跟隨均多，缺乏原創，應用技術開發不夠，特別是從系統角度提出和解決器件、材料技術上的問題做的遠遠不夠。此外，第三代半導體裝備進口和各層次人才規模性缺乏。生態方面最大的問題是弱小散，鏈條沒有打通，缺乏能夠真正支撐工程化、產業化、國際化的開放平臺。 必由之路：示范→產業鏈→迭代→落地 針對半導體戰略性和市場性的雙重特征，吳玲提出了幾點建議：中國有兩大優勢——體制優勢和市場優勢；問題在于科技形不成合力。在舉國體制下，需要對體系和生態進行持續穩定的投入，在細分鏈條上能夠產學研、上下游真正形成創新共同體，讓行業抱團發展。 還是以LED發展為例，當時搞了一個國家重點實驗室，有17家企業參與其中，共享一些工藝標準和專利。當年的半導體照明有一個“十城萬盞”示范應用工程，對打通產業鏈、不斷迭代研發非常重要。 第三代半導體已嘗試了幾年，最近這一兩個月可能會有點兒眉目。科技部已經對國家技術創新中心建設和運行批文，粵港澳大灣區是主平臺，中電科、華為、比亞迪等均參與其中。 她建議，國家的研發計劃，特別是國家重大工程能夠長期穩定持續投入，形成對大中小企業融通發展的開放平臺，支撐國際競爭力。在等待批復的國家科技“十四五”規劃中，提出了“百城億芯”示范工程，主要針對第三代半導體的綠色系——電力電子，還有健康系——與人民群眾生活健康息息相關的光電提出了規劃，有望很快落地。 她最后強調，科技和金融兩個輪子的結合非常重要。國家的科研投入是財政撥款，怎樣能夠讓社會力量參與研發投入，政策和資本不可或缺。第三代半導體的發展需要打造科技、金融鏈網的合作模式。 第三代半導體產業就像這棵樹，需要陽光、雨露和土壤。健康的產業生態、政產學研用上下游緊密合作，將有助于第三代半導體在綠色低碳可持續發展中發揮更大作用。
