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第三代半导体联盟秘书长于坤山接受《高科技与产业化》杂志专访 2017-03-07 15:49

合作创新,打造动态产业链

—— 访第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山

 
 

目前,第三代半导体产业发展处于比较好的机遇期,得到国家相关部门、产业界、学术界、资本界等的关注,具有巨大的发展空间。本刊记者采访第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山,就发展第三代半导体产业面临的机遇、挑战及各个责任主体在其中的角色等方面进行了探讨。

 

 

本刊记者

 

我国第三代半导体产业发展面临哪些机遇?

 

于坤山:现阶段,第三代半导体主要指已进入产业化阶段的碳化硅和氮化镓两种材料(其他还包括氧化镓、氮化铝、金刚石等),采用这两种材料制作的器件,具有典型的“三高特性”:高温、高压、高频,这两种材料都适合高温下工作,能耐受高的反向截止电压,可以工作在高频状态。碳化硅材料还具有“高导热” 性能。目前,第三代半导体的应用主要在三大领域,一是光电子,如LED、紫外、光通信等。二是微波射频,如雷达、4G 和5G 通信等。三是电力电子,如光伏逆变器、电源适配器、储能、电动汽车、白色家电、能源互联网等。现在光伏逆变器已开始使用碳化硅器件;在电动汽车领域,2016 年国家科技重点专项已启动采用全碳化硅器件的充电桩研发与示范应用项目,应用于电机驱动的研究也在进行;在能源互联网领域,国家电网承担了采用全碳化硅器件的电力电子变压器国家科技重点专项项目。

从整个产业发展生命周期曲线来看,LED 现已进入产业稳定期,也叫产业高速成长期;微波射频已开始进入产业形成期;电力电子通过光伏和电源适配器等应用的带动,也将逐渐进入产业成长期。总的来讲,第三代半导体目前处于比较好的机遇期,也正因为如此,得到国家相关部门、产业界、学术界、资本界等的密切关注。

本刊记者

 

您认为在当前良好的产业形势下, 我国第三代半导体产业化还面临什么样的问题?

 

于坤山:虽然形势很好,但我国第三代半导体发展仍然面临一些困难和挑战。

一是第三代半导体产业包含“单晶衬底、外延、芯片工艺、封装测试、模块及应用”等环节,产业链条比较长,各环节采用的生产工艺和装备等也非常复杂,相关工艺技术和人才团队的建设需要长期积累。与国外先进水平相比,我国在“核心材料、关键工艺和核心装备”等方面都存在明显的差距,一些关键材料、工艺设备还需要进口。为此,要想在第三代半导体全产业链上实现完全自主还需要采取一些超常规的方式,比如:通过加大国内资源整合和联合攻关的力度, 借助国内现有的基础和条件、广泛吸收和引进国外的先进技术和人才团队,不拘一格、不断创新等。

二是缺乏能够承载第三代半导体新技术研发和创新的工艺平台。近年来,从国外科研机构、高校和知名企业回国的科研人员很多,也带回来一些国外的先进技术和新工艺、新思想,但国内缺乏相应的工艺平台来支撑他们的技术落地,从而制约了这些回国人才的快速成长和技术的进一步发展,错失了借助归国人才和技术优势,与国内产业快速对接、加速创新的良好机遇。目前,我国新一代第三代半导体(SiC 和GaN)工艺平台还处于建设阶段,预计到2017 年底才能初步建成。到那时,将对中国第三代半导体产业的发展产生深远的、积极的影响。

三是第三代半导体产业链上下游之间存在着技术和工艺不匹配的情况,比如衬底和外延还不能完全满足功率器件工艺的“大尺寸、低缺陷”要求,器件芯片还不能满足模块封装和应用对“大电流和高电压”的要求。目前,国内第三代半导体产业链还没有真正打通,产业链的上下游企业和机构分布在全国各地,地域分散、且属于不同的行业,导致产业链上下游之间沟通和合作不畅。

四是国家缺乏针对发展第三代半导体的统一政策,虽然国家对第三代半导体十分重视,布局了一些重点专项和项目,但这对于促进第三代半导体产业健康、快速的发展还远远不够。特别是在第三代半导体处于产业形成期这一关键时期,需要首先突破产业化的关键技术、搭建产业化的工艺平台、组建高水平的产业化团队,需要大的资金投入。同时,产业从业者也应自发加大资源整合的力度,力争在短时期内形成在产业链重点环节(如衬底材料、外延、芯片设计与工艺、应用等)有影响力的几个核心的团队,共同寻求国家和地方在产业技术研发、人才引进、风险投资、税收减免等方面的政策扶持。

本刊记者

 

针对这些问题,您认为政府、高校、研究所、企业等主体在产业化过程中分别要承担起怎样的分工和责任?

 

于坤山:在这个过程中,各方需要承担的责任和发挥的作用不一样。

首先,国家对第三代半导体产业政策、投资和应用方向的引导非常重要。举个例子,国家现在非常重视新能源,而第三代半导体中的电力电子技术就是一种很好的、能够促进新能源产业发展的实用化技术。如果在光伏逆变器和风电变流器中采用第三代半导体功率器件,将使装置的体积缩小到现有的三分之一,装置效率提高3 到5 个百分点,并且实现免维护,效果将非常显著。但现阶段,采用第三代半导体功率器件会导致装置成本增加1 ~ 2 倍,但是如果考虑装置全寿命周期,成本反而会较少。但这涉及到我国用户对成本的计算方法问题,多数用户只关注一次投资的成本。所以需要国家制定相应的政策和法规来引导用户积极采用具有节能和技术进步意义的产品,以此促进新兴产业的健康发展。随着第三代半导体的技术突破和产业化完善,必然促成产品的成本下降和市场的进一步增长,但这需要一个过程。在这一过程中需要国家给予政策扶持,地方政府也要有相应的具有各地特色的配套产业扶持和政策。

其次,科研院所和高校将在产业发展的技术突破阶段和产业形成的前期发挥技术研发的重要作用。科研院所和高校是国家重大科研计划项目的主要承担者,是第三代半导体知识产权和相关核心技术的研发者和所有者。他们将成为未来第三代半导体产业化过程中关键技术和知识产权的提供方,为承担第三代半导体产业化的企业提供后续产业化技术研发的有力支撑。当然,科研院所和高校也要在围绕产业的可持续发展和全产业链“由点及面”的所有方面展开与企业的长期研发协作,打造科研与产业相结合的利益共同体。

最后,在产业化过程中,科研单位和企业要密切合作,而企业要承担主要工作,需要其投入大量的人力、物力和财力来打造产业化的环境,包括标准化、市场推广和概念宣传。全产业链中每一个环节都必须具备产业化的基础和条件,在这一过程中,每一个参与的企业都要承担起所在环节产业化的责任,产业链之间要加强沟通和合作,特别是在产业的形成期, 技术还不是很成熟、相应适合产业发展的标准也没有达成共识。在这一时期,为了实现产业链的整合和协同发展,我提出产业链上下游之间要遵循的“原则”:“前向引导和后向验证”。前向引导是指产业链中各个环节的需求要以应用为牵引一级一级向前端传递需求,发挥前向引导的作用。而反过来,下游要去验证上游提交产品的性能和质量,并提供改进的意见。在整个产业化项目的执行过程中需要基于这一“原则”进行多次包含整个产业链的大循环。同时, 相邻上下游企业之间还要有小的循环,只有这样才能形成一个动态的、健康发展的产业链。

 

本刊记者

 

面对第三代半导体产业所处的阶段和存在的问题,第三代半导体产业技术创新联盟做了哪些工作?

 

于坤山:联盟致力于整合资源,并促进相关资源形成互动,最终达成整个产业链的良性运转。在这个过程中我们有很多工作要做,包括核心项目的推动和联盟成员间沟通交流等。联盟每月举办不同主题的“ 沙龙”活动,针对 一些核心问题进行讨论;每年会安排几次比较大型的国际技术研讨和论坛等活动便于国际机构和企业间的合作与交流。此外,联盟还开展了一些实质性工作,包括产业研究、规划、标准化及知识产权的分析研究等。此外,为切实推动第三代半导体技术研发和产业的健康发展, 2016 年联盟以国家和政府推动的应用示范项目作为产业发展的突破口。比如,联盟参与了国家科技重点专项项目和一些地方的第三代半导体重大专项和培育项目策划。未来,联盟还将继续密切关注国家和地方第三代半导体产业的发展进程,并积极推动以应用为引导的具有地方特色的产业基地建设和核心技术突破,还会继续引导地方、相关科研、企业和资本进行具体的对接,搭建技术转移与合作的国际化平台。

联盟与北京市科委、顺义区政府以及相关企业和科研机构合作,在北京顺义中关村园区共同打造“第三代半导体材料及应用联合创新基地”,也和广东省科技厅及相关企业在东莞联合建立第三代半导体南方产业基地。通过这些产业基地的建设,将所在地地方科研和产业优势的资源聚集到一起,形成具有地区竞争优势和特色的产业聚群。

本刊记者

 

我们看到,联盟非常注重对青年人才的聚集和培养,在这方面联盟都做了哪些工作?

 

于坤山:青年是未来产业技术进步和发展的希望,为青年人才创造一个健康成长和发挥他们聪明才智的良好环境是联盟的重要职责之一。为此,我们做了以下几方面的工作:一是在联盟组织架构中,专门成立了“青年促进委员会”,以此广泛吸引有志于投身第三代半导体事业的青年,大家共商产业发展大计。2016 年, 青委会组织了多次围绕产业发展献计献策的沙龙活动、进行了全国第三代半导体“卓越青年” 评比等。通过这些活动,达到了青年人才互相交流、合作与共同进步的目的;二是搭建国际人才交流与培养的平台。联盟成立了面向全球机构和企业的国际分委会,广泛吸引国际第三代半导体方面的机构和企业的加入。联盟还发起成立了国际第三代半导体技术路线图委员会, 搭建高层次的国际技术交流与合作平台。

第三代半导体是一个新的产业,非常适合青年人未来30 到40 年的职业发展。青年在选择行业时,首先要选择成长型的行业。第三代半导体目前正处于产业周期的“产业形成期”, 未来还要经历产业成长期、高速发展期和产业衰退期几个过程,未来的发展空间巨大。其次要考虑其跨界技术融合的能力。第三代半导体属于半导体行业,其包含了从材料到器件工艺再到应用等多个环节,在这些环节,当前很多创新性的新技术,包括互联网技术、纳米技术、石墨烯技术、量子技术等,都有可能与第三代半导体技术融合,各种影响未来社会发展的应用,如新能源与能源互联网、电动汽车、智能机器人、可穿戴设备和VR 等,都会用到第三代半导体技术。这个行业的未来发展前景和想象空间巨大,非常适合年轻人去创造、去发现。

第三代半导体产业对人才的需要也是多元化的,各种学科和门类的人才在这个行业都大有可为。

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