半导体材料的发展现状

半导体材料的发展现状

陈海洋赵晓丽

（天津环鑫科技发展有限公司300384）

摘要：第一代半导体材料是提升新一代信息技术核心竞争力的重要支撑，以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体材料，因具备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景。

关键词：半导体材料；发展现状

1概述

半导体材料是指电阻率在107Ω•cm至10-3Ω•cm，界于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展，更是衡量一个国家经济发展、科技进步和国防建设水平的重要标志。半导体材料按照不同的类别，可以划分为很多个种类。根据化学组分的不同，可分为化合物、元素、固溶体等几种类别的半导体；按照不同的组分元素，又包括了一元、二元、三元、多元等半导体；而根据晶态的不同，则分为单晶、多晶、非晶半导体；按照应用方式的不同，又分为薄膜材料和体材料。其中，体材料容易出现固熔体偏析等问题，而薄膜材料的纯度和晶体完整性较好，适用于三维电路的制造。一般来说，第一代半导体材料是指硅和锗；而第二代半导体材料则包括了磷化镓、磷化铟、砷化铟、砷化镓、砷化铝及其合金；第三代半导体材料包括了硒化锌、碳化硅、氮化镓、金刚石等，其宽禁带Eg大于2.3eV。

2我国半导体材料业的发展现状

以2016年数据为例：我国半导体市场的市场份额已突破647亿元，较上年增长9.5%；集成电路市场规模318亿，较上年增长16.1%；集成电路晶圆制造材料市场规模330.28亿，较上年增长4.2%。可以看出，我国的集成电路晶圆制造材料市场不断扩大。尤其是以硅片和硅基材料所占市场比重最大，在2016年以前，大部分的8英寸硅单晶抛光片和全部的12英寸的硅单晶抛光片全部依赖进口。随着上海和北京相关公司研发出12英寸国产单晶抛光片，逐步打破半导体强国对中国的封锁和垄断。随着国家对相关半导体科技产业的扶持鼓励，各大公司纷纷升级、扩线，环节了供应紧张的局面，让国内的半导体材料产业迎来前所未有的发展春天。在市场的拉动下，我国通过短短几年时间，国产多晶硅产业由弱势转变为数万吨产能的产业群，让我国跻身为世界光伏产业大国，并逐步成为光伏产业强国。半导体材料业的发展也为今天“中兴事件”埋下了伏笔。纵观世界各半导体材料业强国纷纷建立联盟来攫取全球半导体市场份额，我国要发展第三代半导体材料，也需要依靠产业链来实现创新。才能抢占国际发展的制高点。在国家科技部、工业和信息化部、北京科学技术委员会支持下，第三代半导体产业创新战略联盟也成立了。囊括中科院半导体研究所、北京大学、南京大学、西安电子科技大学等多所知名学府以及三安光电、国网只能电网研究院、中兴通讯、苏州能讯等多家国内尖端半导体公司为代表的企业机构组件联盟。通过近3年的发展，逐步建成统一高效的联盟，并形成完整的产业链，后续加入许多检验检测机构、技术认真机构等产业下游上游应用企业。逐步打破了西方发达国家对我国半导体技术的围堵。

3第三代半导体材料的应用现状

第三代半导体材料是以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体材料，在导热率、抗辐射能力、击穿电场能力、电子饱和速率等方面优势突出，更适用于高温、高频、抗辐射的场合。随着制备工艺逐步成熟和生产成本的不断降低，第三代半导体材料正以其优良的性能突破传统材料的瓶颈，成为半导体技术研究前沿和产业竞争焦点，美、日以及欧盟都在积极进行战略部署。美国已经将部署第三代半导体战略提升到国家层面，先后启动实施了“宽禁带半导体技术创新计划”“氮化物电子下一代技术计划”等，第三代半导体材料之所以备受青睐，在于其广泛的应用价值，无论是在军用领域还是民用市场，都是各国争夺的科技制高点。利用第三代半导体材料制造微波器件，可显著降低功率转换损耗，提高极限工作温度。目前，该类微波器件已开始用于军用雷达、智能武器和通信系统等方面。在电力电子器件制造方面，以宽禁带半导体材料制备的新一代电力电子器件损耗更低、效率更高，能够在“智能电网”工程中一展身手。新一代电力电子器件将会在电力系统的发电、输电、配电等环节发挥节能效用，降低电力损耗。在激光器应用领域，氮化镓激光器已经成功用于蓝光DVD，在微型投影、激光3D投影等领域拥有巨大的市场空间。有学者认为，下一代照明技术将是基于氮化镓激光器的“激光照明”技术，有望将照明和显示融合发展。由于氮化镓优异的光电特性和耐辐射性能，还可以用作高能射线探测器，例如，核辐射探测器、X射线成像仪等。

4我国半导体产业相关政策，助力半导体产业发展

虽然国内半导体设备增速明显,相关企业核心竞争力也实现了部分突破,然而与发展了几十年、拥有尖端技术和市场的国外知名半导体设备厂商竞争时,还是存在很多不足。要想进一步提升国产半导体设备竞争力,还需投入更多的资金和人力。

当前,助力半导体设备产业发展的两大重要政策。一是国家科技重大专项“02专项”,即《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》项目。因排在国家重大专项所列16个重大专项第二位,故其在业内被称为“02专项”。“02专项”的实施,对国内半导体设备企业来说意义重大。因为半导体设备的研发需要巨额资金,“02专项”的实施,不仅表明国家支持半导体行业的决心,而且在资金上更是给予了国内企业极其有力的支持。“02专项”培育了一批国产半导体设备领军者,除了前面提到的北方华创,还有中电科、沈阳拓荆、上海微电子、中微半导体等。二是国家集成电路产业投资基金(以下简称“大基金”)在半导体设备领域的投资,也极大帮助了国内半导体设备产业的发展。目前“大基金”投资的半导体设备企业有某半导体设备有限公司、南方某科技股份有限公司、北方某科技有限公司、某电子股份有限公司、某科学仪器(上海)有限公司。“大基金”的成立同时撬动了一批地方产业基金,主要用于支持地方集成电路企业的发展。目前，第二期的“大基金”正在筹划中,预计筹资额将达到1500-2000亿元,加上对地方产业基金的撬动,全国集成电路产业基金总规模有望超过1亿美元。第二期的“大基金”预计将加大对半导体设备领域的投资力度。随着世界半导体产业逐步向中国市场转移,国内集成电路产业规模逐步提高,这为国产半导体设备提供了巨大的市场空间;同时,有国家和地方政府在资金和政策上的支持,也使得国内半导体设备企业在技术研发和人力资源方面得到了极大的助力。未来,通过持续不断的努力,国产半导体设备将会以一个全新的速度迈上更高的台阶。

5结语：

不可否认，微电子时代将逐步过渡到光电子时代，最终发展到光子时代。预计第二代和第三代半导体技术和产业将成为研究和发展的重点。

参考文献：

[1]乌宝贵.“2018中国半导体材料及设备产业发展大会”召开[J].信息技术，2018（03）：4.

[2]张春滨.共同促进半导体产业健康发展[N].新农村商报，2018-02-07（B13）.

[3]王龙兴.中国半导体材料业的状况分析[J].集成电路应用，2018，35（01）：51-55.