蓄势待发,抢占第三代半导体战略新高地
中国半导体照明网专稿:半导体材料的进步和突破在现代人类社会的重大产业革命中扮演了重要的角色,是推动产业革新、技术进步的重要力量,支撑着全球信息化的进程。
近年来,以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带化合物为代表的第三代半导体材料被认为是具有重大影响的战略技术,引发全球瞩目,其技术及应用的突破成为全球半导体产业新的战略高地,各国政府纷纷加紧在第三代半导体领域的部署。
第三代半导体材料的崛起
半导体产业的发展先后经历了以硅(Si)为代表的第一代半导体材料,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料和以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)为代表的第三代半导体材料。
作为一种新型宽禁带半导体材料,第三代半导体材料在许多应用领域拥有前两代半导体材料无法比拟的优点,被誉为固态光源、电力电子、微波射频器件的“核芯”,以及光电子和微电子等产业的“新发动机”,具有广泛的基础性和重要的引领性。
有专家指出,第三代半导体材料是以低碳和智能为特征的现代人类信息化社会发展的基石,是推动节能减排、转变经济发展方式,提升新一代信息技术核心竞争力的决定性因素之一,有着不可替代的支撑作用。
“第三代半导体材料已展现出极其重要的战略性应用价值,有望突破第一、二代半导体材料应用技术的发展瓶颈,创新开拓时代需求的新技术领域,不仅在信息领域,而且进入到能源领域发挥极为重要的作用。” 南京大学电子科学与工程学院郑有炓院士也曾指出。
相比于第一、二代半导体材料,第三代半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高及抗辐射能力强等优越性能,以及学科交叉性强、应用领域广、产业关联性大等特点。在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域拥有广阔的应用前景,是支撑信息、能源、交通、国防等发展的重点新材料。
据预测,到2020年,第三代半导体技术的应用将催生我国在上述三大领域均出现上万亿元的潜在市场价值,届时将催生巨大市场应用空间。
各国加速部署第三代半导体材料
从国际竞争角度看,第三代半导体材料具有极强的应用战略性和前瞻性。随着技术的逐步成熟和应用市场的启动,第三代半导体材料及器件的突破将引发科技变革,并重塑国际半导体产业格局。
据了解,美、日、欧、韩等发达国家已将第三代半导体材料列入国家计划,并展开全面战略部署,欲抢占战略制高点。通过建立国家级创新中心、协同创新中心、产业联盟等形式,将企业、高校、研究机构及相关部门等有机的联合在一起,通过协同组织,共同投入,实现第三代半导体技术的加速进步。
2014年初,美国总统奥巴马宣布成立“下一代功率电子技术国家制造业创新中心”,中心由北卡罗来纳州立大学领导,协同ABB、Cree、RFMD等超过25家知名公司、大学及政府机构进行全产业链合作。在未来5年内,该中心通过美国能源部投资,带动企业、研究机构和州政府共同投入,通过加强第三代半导体技术的研发和产业化,使美国占领下一代功率电子产业这个正在出现的规模最大、发展最快的新兴市场,并为美国创造出一大批高收入就业岗位。
欧洲启动了产学研项目“LAST POWER”,由意法半导体公司牵头,协同来自意大利、德国、法国、瑞典、希腊和波兰等六个欧洲国家的私营企业、大学和公共研究中心,联合攻关SiC和GaN的关键技术。项目通过研发高性价比且高可靠性的SiC和GaN功率电子技术,使欧洲跻身于世界高能效功率芯片研究与商用的最前沿。
日本建立了“下一代功率半导体封装技术开发联盟”,由大阪大学牵头,协同罗姆、三菱电机、松下电器等18家从事SiC和GaN材料、器件以及应用技术开发及产业化的知名企业、大学和研究中心,共同开发适应SiC和GaN等下一代功率半导体特点的先进封装技术。联盟通过将SiC和GaN封装技术推广到产业,以及实现可靠性评价方法和评价标准化,来充分发挥下一代功率器件的性能,推动日本的SiC和GaN应用的快速产业化发展。
此外,具备一定产业聚集优势的地方政府也组织力量,积极推动第三代半导体产业。2014年7月,美国纽约州宣布将联合100多家私营企业组建一个SiC产业联盟,由通用电气公司(GE)牵头主导,在未来5年内,由纽约州政府拨款1.35亿美元,吸引私人投资和知识产权作价合计3.65亿美元,用于支持人才和公共研发平台建设,协同开发新一代SiC材料和工艺。这一措施通过利用纽约州在第三代半导体产业的区域优势,吸引科研人才和公司建立一个高科技产业集群,推进纽约州在国际市场上的竞争力,并可创造出上千个就业机会。
我国第三代半导体材料产业的战略布局
当然,我国政府对第三代半导体材料与器件的研发及产业化也同样予以了高度重视。“第三代半导体材料是科技部考虑的一个国家重点领域。”科技部副部长曹健林曾表示,“今天的中国,在技术上已经走到了世界前列,更何况中国已经是世界上最大的经济体系,我们应该与全世界的同行共同来解决面临的问题,而且随着中国政府支持创新、鼓励创新力度的加强,我们更相信中国有能力解决这些问题,这不仅是为中国,也是为全世界科学技术工作做出巨大的推动。”
首届第三代半导体材料及应用发展国际研讨会
实际上,与在第一代、第二代半导体材料及集成电路产业上的多年落后、很难追赶国际先进水平的形势不同,我国在第三代半导体领域的研究工作一直紧跟世界前沿,工程技术水平和国际先进水平差距不大,已经发展到了从跟踪模仿到并驾齐驱、进而可能在部分领域获得领先和比较优势的阶段,并且有机会实现超越。
随着国家战略层面支持力度的加大,特别是我国在节能减排和信息技术快速发展方面具备比较好的产业基础,且具有迫切需求和巨大的应用市场,因此我国将有望集中优势力量一举实现弯道超车和占位领跑,率先突破从研发、工程化到应用的创新链条与价值链条,抢占国际半导体领域战略制高点。
立足北京,辐射全国,引领产业发展的新格局
毋庸置疑,第三代半导体材料已经显示出顺应时代发展的趋势,如何更好的迎合发展之需,推动第三代半导体产业生态体系的建设,实现创新驱动发展,抢占产业发展国际制高点,重构全球半导体产业格局?
为进一步积极探索更佳的发展与合作模式,加强产学研合作及跨界应用的开放与协同创新,首先采取了“立足北京,辐射全国,引领产业发展的新格局”的发展战略。
2015年4月22日,作为北京全国科技创新建设、京津冀协同创新合作的一项重要工作,北京市科委、顺义区政府以及国家半导体照明工程研发及产业联盟共同签署了《北京第三代半导体材料及应用联合创新基地建设战略合作协议》。联合创新基地的运营主体--北京国联万众半导体科技创新中心与天津半导体光源系统产业技术创新战略联盟、中国电谷(河北)第三代半导体产业技术创新战略联盟三方签署了《第三代半导体材料及应用联合创新基地“京津冀”共建合作协议》。
北京第三代半导体材料及应用联合创新基地承载着第三代半导体产业的全球创新策源地、人才集聚地、技术辐射地、创业成功地的使命与责任。通过汇聚全球创新创业人才,整合政府、行业、研究机构和社会资本等资源要素,以体制机制创新的、专业化、市场化、国际化的运营方式打造第三代半导体的开放式创业生态系统,从而打造“搭平台、聚人才、接任务、出成果”的典范,立足北京、辐射全国,从而引领产业发展的新格局。
对此,科技部高新司副司长曹国英表示,第三代半导体联合创新基地的建设对促进产业的发展具有十分积极的作用,科技部高新司将会持续支持第三代半导体的建设及基地的发展。
北京市科委主任闫傲霜也表示,建设第三代半导体材料及应用联合创新基地,既是国家级的重要战略部署,也是北京作为全球科技创新中心的一项重要的决策。
“北京聚集着大量优质科技资源,创新活动十分活跃。我们应进一步整合资源,全力推进基地建设发展,争取更多更宽的国家政策支持,找好着力点,全力营造良好的市场发展环境,聚集一批研发、服务、知识产权评估、金融、科技中介服务机构和科技服务平台、创新服务模式、科技服务架起供需双方的沟通桥梁,进一步盘活市场资源,研究好市场化管理机制,放手运营主体市场化行为,深化国际交流与合作,发挥聚集辐射效益,引领经济发展。”闫傲霜进一步表示。
作为共建方代表,国家半导体照明工程研发及产业联盟秘书长吴玲介绍了基地的情况。她表示,第三代半导体材料及应用联合创新基地将建设“两个平台、一个基金”,即开放的国际化的公共研发平台、创业加速孵化科技服务平台以及一个投资基金。在北京市科委、顺义区政府的支持下,首都科技集团、北京顺义科创集团、金沙江创业投资管理有限公司、北京半导体照明科技促进中心以及企业共同商议,决定以“PPP”模式共同出资共建联合创新基地,并内整合资源,在全国形成“主平台、全体系、小核心、大网络”的第三代半导体材料与应用联合创新的格局。
吴玲还表示,除此之外,各发起方还共同成立了北京国联万众半导体科技创新中心,该中心在全球范围在京津冀协同创新合作中,将与天津半导体光源系统产业技术创新战略联盟、中国电谷(河北)第三代半导体产业技术创新战略联盟为代表的“产学研”各界,跨区域共建“京津冀”联合创新基地,同时还将依托首都创新大联盟的平台,开展跨领域共建联合创新基地。
探索产业技术创新新机制,建设第三代半导体半导体材料及应用联合创新基地,抢占第三代半导体战略新高地
2015年5月26日,第三代半导体半导体材料及应用联合创新基地共建工作会暨荷兰代尔夫特理工大学与北京市顺义政府战略合作签约仪式,第三代半导体联合创新创业孵化中心揭牌仪式在京举行。
顺义区区长、天竺综保区委员会主任卢映川表示,顺义区及天竺综保区将努力创造良好的发展环境为第三代半导体产业的发展提供良好的硬件和软件保障。同时将积极提供资金、政策、产业配套等全套服务体系推动基地的建设与发展,促进了新兴产业的培育和发展。
吴玲介绍了联合创新基地的建设进展。她表示,经过各方的努力已经初步完成了基地“两个平台+一个基金(2+1)”的顶层设计,基本形成了京津冀协同创新。依托首都创新大联盟开展跨界创新的共识,正在逐步建立南北呼应的主平台,研发与产业化的全体系,重点突破的小核心及全球开放的协同创新大格局的第三代半导体材料联合创新的格局。
作为一个全球开放创新平台的重要组成部分,荷兰代尔夫特理工大学也将重点围绕电子工程、航空航天、能源工程方面参与平台建设。同时,基地还将引入国内优势互补的研发机构,探索市场导向,企业为主体,多元投资,开放共享的研发模式。采取盘活各类研发与市场资源,运用市场化的管理机制深入合作,真正形成以北京作为全国科技创新的凝聚辐射效应。
“我们要建设以市场为导向、平台技术与金融服务支撑、产业化出口的支撑中关村大街众创空间的一个孵化器,第三代半导体材料及应用联合创新基地将承载着滋育人才、创新发展、重塑世界格局的使命。”吴玲表示。
以联盟牵头建设孵化器有哪些特点?据吴玲介绍,首先,在技术方面,将拥有原创性的技术、专利以及中试产业化平台;其次,联盟企业的市场渠道与应用需求;第三,还有产业基金、VC、上市公司以及全产业链的金融服务支撑平台的服务。
针对成果孵化转化的问题,荷兰代尔夫特理工大学校长闻岱博也希望将拥有的经验复制到第三代半导体研发平台的建设中,帮助中国第一批第三代半导体方面的企业蓬勃发展。
可以说,战略合作框架协议签约和联合创新创业孵化中心的揭牌,标志着北京第三代半导体材料及应用联合创新基地的建设迈上了新的台阶,从产业链、创新链和价值链角度,创新机制设计,推进京津冀合作发展,从而实现辐射全国,引领产业的发展。
曹健林指出,我们乐意看到中国有来自科学技术创新方面的竞争,也愿意支持走在竞争前列的科学技术项目,也望看到在北京顺义的合作基地用半导体照明或者固体照明技术开始,不断的有技术走到这里来,也从这里不断的走向全国、走向全球。所以,随着联合创新基地的建设,科技部将继续对技术和模式的创新成果给予支持。也祝愿这个联合创新基地能越来越好。当然,对基地来说,能够为科学家提供什么样的科研环境和条件也非常重要。
联合共赢,第三代半导体产业技术创新战略联盟正式成立
2015年9月9日,在国家科技部、工信部、北京市科委的支持下,由第三代半导体相关的科研机构、大专院校、龙头企业自愿发起筹建的“第三代半导体产业技术创新战略联盟”(以下简称“联盟”)正式宣布成立。
科技部副部长曹健林、高技术司赵玉海司长,工信部原材料司综合处常国武处长,科技部高技术研究发展中心秦勇主任,北京市科学技术委员会闫傲霜主任,中国科学学与科技政策研究会李新男副理事长等领导以及来自41家发起机构的代表出席大会并发表了讲话。
曹健林表示,第三代半导体产业技术创新战略联盟的成立顺应了趋势和需求,希望联盟能主动引领新的发展趋势,努力克服困难,吸引全世界优秀人才一起工作,取得更大的成绩。“愿意和大家在一起共同努力,共同奋斗。”
“联盟的成立是知难而进、主动选择,在技术储备和市场需求共同推动下,第三代半导体工作的推进是可谓蓄势待发。”闫傲霜表示,希望联盟能成为三个平台: 一是广泛的合作平台,把北京作为一个基地,广泛开展国内外合作;二是深化改革的平台,把联盟作为专业机构负责牵头组织推动项目的模式;三是首发首用平台,能够实现成果首发、产品首发、服务应用的首发。
赵玉海则对联盟提出三点希望:第一,建议联盟加强第三代半导体技术和产业发展的战略研究,为这项技术和这个产业发声,让大家了解它的重要性,为政府的一些计划、规划提供一定的支撑,同时为产业发展和企业发展提供一些指导。第二,希望能打造好第三代半导体产业发展的创新生态链,做好顶层布局,从研发、成果转化、标准到资本的引入、市场的开拓等全产业链都需要进行预先考虑与安排,这对于新兴产业的发展尤为重要。第三,希望能够研究组织实施好技术创新的一些项目,在未来政府科技计划项目的改革过程中能发挥先进的引领作用。
“第三代半导体产业技术创新战略联盟的成立是在体制机制方面一个探索,他希望第三代半导体联盟能借助半导体照明联盟的成功经验,在组织管理、运行机制方面做出更多新的探索,为其他行业的发展提供一些借鉴。工信部原材料工业司也一定会全力支持联盟的工作,做好服务。”常国武表示。
李新男希望联盟能够成为一艘“航空母舰”。他进一步解释说,希望联盟在总结吸收半导体照明联盟、首都大联盟这种组织创新模式成功经验的基础上,进一步把联盟打造成支撑、引领这个产业的“航空母舰这艘航空母舰不是一个舰,而是一个系统,既是产业发展的生态系统,同时也是产业发展的战略突击兵团,还是这个产业取得战略胜利的支撑平台。希望看到这艘航空母舰不仅引领了中国第三代半导体产业的发展,也在引领着世界的发展。
会议同期还召开了联盟第一届理事会第一次工作会,并发表决议:经过投票选举,吴玲当选为联盟首届理事长,北京国联万众半导体科技有限公司总裁吕志辉当选为联盟秘书长。理事会邀请曹健林副部长出任顾问委员会主任,提名中国科学院半导体研究所、北京大学、南京大学、西安电子科技大学、三安光电股份有限公司、国网智能电网研究院、中兴通讯股份有限公司、苏州能讯高能半导体有限公司、山东天岳先进材料科技有限公司等创新链条上的重要机构作为副理事长单位。
吴玲对当选首届理事长深感荣幸也倍感压力,责任重大。同时,她也对联盟未来工作做了展望。她表示,第三代半导体产业技术创新战略联盟发起的目的主要是围绕产业链构建创新链,促进产学研合作以及跨界应用的开放协同创新,推动产业生态体系的建设,培育形成一批拥有自主知识产权、知名品牌和市场竞争力强的骨干企业群,形成全国一盘棋的发展合力,抓住换道超车的历史性机遇,实现创新驱动发展,在国际上抢占产业发展制高点,重构全球半导体产业格局。
吕志辉作为首届联盟秘书长也对第三代半导体产业发展和联盟成立之后的近期工作重点做了汇报。
此外,发起机构和企业代表也对联盟未来的工作也提出了自己的看法,“第三代半导体材料也是中科院半导体所最主要的研究方向和布局之一,希望通过联盟把最新研究成果转移转化,给企业做出实实在在的贡献。”中科院半导体所所长李树深院士表示。
郑有炓院士认为,联盟的成立标志着我们国家半导体创新技术又迈出了新的一步。“第三代半导体技术可以广泛用于各个部门,特别是光电、电力电子、微波通讯,是一个战略性的技术,需要协同创新,共同努力。”他表示,联盟能够把全国的资源有效的集合起来,集中优势,引导产业有序提升,避免无序发展,推动产学研用协同创新,加速科研成果转化及产业化,培育有国际竞争力的第三代半导体战略性新兴产业。
“第三代半导体产业技术创新战略联盟的成立具有里程碑式的重要意义。” 国家半导体照明工程研发及产业联盟研发执行主席、中国科学院半导体照明研发中心主任李晋闽表示。联盟是建立在半导体照明联盟这样一个非常好的基础上,借助半导体照明方面的成功经验,可以使第三代产业的发展更为舒畅。不过,即便如此,联盟未来的工作也会面临巨大挑战,因此更需要大家形成一个合力,再加上政府的大力支持下,才能攻克一道道难关,迎来更好的发展。
对此,北京大学宽禁带半导体研发中心沈波教授也表示赞同, “联盟在中国半导体、学术界和产业界发展的过程中都具有里程碑式的意义。”他表示,第三代半导体广义上包含了半导体照明,也包含了其他的一些新型的半导体材料和器件。当前,我国发展第三代半导体面临的机遇非常好,因为过去十年,在半导体照明的驱动下,氮化镓无论是材料和器件成熟度都已经大大提高,但第三代半导体在电力电子器件、射频器件方面还有很长的路要走,市场和产业刚刚启动,我们还面临巨大挑战,必须共同努力。
的确,合力才能抢占战略性新兴产业制高点,联合才能实现共赢。对此,与会代表们也纷纷表示认同,“第三代半导体是技术支撑力比较高、辐射面比较广、带动面比较强的一个技术领域,它本身的技术特点决定了它的发展不能封闭,要跟很多的应用相结合,所以通过联盟这一方式是非常正确的选择。”山东大学校长张荣指出。
中国电子科技集团公司第十三研究所所长蔡树军也表示,以联盟的方式推动产业在更大范围的融合,对整个国家产业的发展将会起到很深远的作用,也是很好的一个机会。“相信在联盟的集体努力下,在政府的大力支持下我们肯定能够带动国内的第三代半导体的产业的发展。”
国家半导体照明工程研发及产业联盟产业执行主席、厦门华联电子董事长范玉钵也提出联合突破的想法,他说,第三代半导体具有战略意义是毋庸置疑的,因此,我们大家应该联合起来,集中优势力量打歼灭战,才能把产业做大做强,走在世界前列。
“第三代半导体产业迎来了一个新的发展机遇,联盟成立正逢其时。第三代半导体电子器件融合了微电子技术和元器件技术、材料技术,复杂度高,非常需要联盟把大家有机的结合起来,而联盟则可以形成一个合力。”苏州能讯董事长张乃千表示。他还建议,接下来联盟工作以需求为导向,做好用户支撑。
南昌大学副校长江风益提出愿意为国内同行共同促进第三代半导体技术进步作出努力。“硅基LED涉及很多前沿技术,如硅中氮化钾这种杆技术和很多根技术,其中,我们可以将已经成熟的部分为第三代半导体器件提供一些服务,做一些支撑工作,共同推动第三代半导体技术的发展。
“第三代半导体对我们国家未来产业会产生非常大的影响,其应用技术的研究比较关键,若相关配套技术及产品跟不上,第三代半导体的材料及器件的作用和效率可能会发挥不好,所以要全产业链协同发展。”中兴通讯副总裁晏文德也表示,第三代半导体应用领域包括光电/电力电子以及射频,每个领域都有巨大的市场空间,中兴通讯希望能够在联盟中发挥一些作用,作出一些贡献。作为使用单位,中兴会提出一些要求,还可以为大家提供一个中斯的平台,希望与研发单位共同推进。
“希望联盟能够再推动产生该领域的诺贝尔奖。”北京大学物理学院教授、博导,宽禁带半导体联合研究中心主任张国义表示,“去年,半导体照明获得诺贝尔奖与中国政府大力推动半导体照明行业使之产生了很大的社会及经济效益有很大关系,大家预测,更希望这个奖在联盟的推动下诞生在中国。在第三代半导体技术领域应该还会有下一个诺贝尔奖产生,所以希望联盟在未来工作中能够包含产业技术和创新战略是两个方面并做出成绩。
本次会议的举行对于我国第三代半导体材料核心技术研发及在相关应用领域的产业化,开展创新应用技术研发和示范方面起到推动作用。
如今,可喜的是,在政府的持续部署与支持下,我国目前在第三代半导体材料产业化应用方面,作为第三代半导体产业第一个突破口的半导体照明已经在关键技术上实现突破,创新应用国际领先;在第三代半导体电子器件应用方面,在移动通讯、光伏逆变、雷达领域已有少量示范应用。
时间表
国际
●2014年初,美国总统奥巴马宣布成立“下一代功率电子技术国家制造业创新中心”,由北卡罗来纳州立大学领导,协同ABB、Cree、RFMD等超过25家知名公司、大学及政府机构进行全产业链合作。计划在未来5年占领下一代功率电子产业这一新兴市场。
●欧洲启动了产学研项目“LAST POWER”,由意法半导体公司牵头,协同来自意大利、德国、法国、瑞典、希腊和波兰等六个欧洲国家的私营企业、大学和公共研究中心,联合攻关SiC和GaN的关键技术。通过研发高性价比且高可靠性的SiC和GaN功率电子技术,使欧洲跻身于世界高能效功率芯片研究与商用的最前沿。
●日本建立 “下一代功率半导体封装技术开发联盟”,由大阪大学牵头,协同罗姆、三菱电机、松下电器等18家从事SiC和GaN材料、器件以及应用技术开发及产业化的知名企业、大学和研究中心,共同开发适应SiC和GaN等下一代功率半导体特点的先进封装技术。
●2014年7月,美国纽约州宣布将联合100多家私营企业组建一个SiC产业联盟,由通用电气公司(GE)牵头主导,在未来5年内,由纽约州政府拨款1.35亿美元,吸引私人投资和知识产权作价合计3.65亿美元,用于支持人才和公共研发平台建设,协同开发新一代SiC材料和工艺。
国内
●2013年9月,为对科技部持续部署“第三代半导体材料及应用”相关项目研究提供决策支撑,“首届第三代半导体材料及应用发展国际研讨会”在深圳召开。会议着重论述了论述了以SiC和GaN为代表的第三代半导体材料、器件及应用在近几年的发展情况,并指出了SiC和GaN材料、器件今后的研究重点和发展方向。
●2015年4月22日,为进一步积极探索更佳的发展与合作模式,加强产学研合作及跨界应用的开放与协同创新,首先采取了“立足北京,辐射全国,引领产业发展的新格局”的发展战略。北京市科委、顺义区政府以及国家半导体照明工程研发及产业联盟共同签署了《北京第三代半导体材料及应用联合创新基地建设战略合作协议》。联合创新基地的运营主体--北京国联万众半导体科技创新中心与天津半导体光源系统产业技术创新战略联盟、中国电谷(河北)第三代半导体产业技术创新战略联盟三方签署了《第三代半导体材料及应用联合创新基地“京津冀”共建合作协议》。
●2015年5月26日,第三代半导体半导体材料及应用联合创新基地共建工作会暨荷兰代尔夫特理工大学与北京市顺义政府战略合作签约仪式,第三代半导体联合创新创业孵化中心揭牌仪式在京举行,标志着北京第三代半导体材料及应用联合创新基地的建设迈上了新的台阶。
●2015年9月9日,在国家科技部、工信部、北京市科委的支持下,由第三代半导体相关的科研机构、大专院校、龙头企业自愿发起筹建的“第三代半导体产业技术创新战略联盟”正式宣布成立,该联盟的成立在中国半导体、学术界和产业界发展的过程中都具有里程碑的意义。
