記者從2023中關村論壇“北京（國際）第三代半導體創(chuàng)新發(fā)展論壇”上了解到，國際上寬禁帶（第三代）半導體材料、器件已實現(xiàn)從研發(fā)到規(guī)模性量產的跨越，成為推動信息通信、新能源汽車、光伏等產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和轉型升級的新引擎。

寬禁帶半導體以碳化硅、氮化鎵為代表，具有高頻、高效、耐高壓、耐高溫、抗輻射等特點。

中國工程院院士干勇指出，從國際半導體產業(yè)發(fā)展趨勢來看，由硅半導體材料主導的摩爾定律已逐漸走向物理極限，難以滿足微波射頻、高效功率電子和光電子等新需求快速發(fā)展的需要。在這種情況下，以化合物半導體材料，特別是寬禁帶半導體材料為代表的半導體材料對國際半導體產業(yè)發(fā)展至關重要。“隨著5G基站、數(shù)據(jù)中心等新型用電設施的大規(guī)模建設運行，能耗問題開始顯現(xiàn)，發(fā)展基于第三代半導體材料的高效電能轉換技術刻不容緩。第三代半導體材料和器件將推動傳統(tǒng)電網向半導體電網發(fā)展。未來五年將是第三代半導體產業(yè)發(fā)展的關鍵期。”干勇說。

新能源汽車、光伏成為寬禁帶半導體大規(guī)模應用的主要領域。第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長吳玲介紹，寬禁帶半導體是高鐵、新能源汽車牽引、電控系統(tǒng)的“心臟”，可以使新能源汽車電控系統(tǒng)體積重量減少80%，電能轉換效率提升20%。光伏和儲能領域對碳化硅、氮化鎵的需求持續(xù)增長。吳玲預計，光伏方面，未來幾年，碳化硅、氮化鎵功率器件市場規(guī)模年均增速將達到約25.5%，到2026年碳化硅、氮化鎵功率器件市場規(guī)模將接近7億元。儲能方面，2025年碳化硅儲能應用的國內市場規(guī)模將達到約4億元。

當前，碳化硅功率器件已應用于電動汽車內部的關鍵電力系統(tǒng)，包括牽引逆變器、DC/DC轉換器、車載充電器等。在IEEE國際寬禁帶半導體技術路線圖委員會主席Victor Veliadis看來，電動汽車和混動汽車或將成為促使碳化硅大規(guī)模商業(yè)化的“殺手級”應用。“碳化硅具有比硅更寬的帶隙，允許更高的電壓阻斷，適用于高功率和高電壓應用。這可以使DC/DC轉換器、車載充電器變得更高效，在降低成本的同時，讓電動汽車充電更快、續(xù)航更遠。這使其極具競爭力。”Victor Veliadis解釋說。

國際半導體市場研究機構Yole預測，到2027年，全球碳化硅功率器件市場規(guī)模有望達到約63億美元，其中新能源汽車碳化硅市場空間有望達到近50億美元，占比近80%，是碳化硅功率器件下游第一大應用市場。

氮化鎵在節(jié)能提效方面的潛力也不容小覷。安世半導體副總裁Carlos Castro介紹，功率氮化鎵目前有兩大應用領域。一是電動汽車市場，包括車載充電器、DC/DC轉換器、牽引逆變器等；二是工業(yè)領域，例如光伏逆變器、數(shù)據(jù)中心等。“氮化鎵擁有更高的效率、更高的功率密度和更低的系統(tǒng)成本。與硅解決方案相比，碳化硅車載充電器將成本降低了約13%，而氮化鎵則將系統(tǒng)成本降低了24%。”Carlos Castro說。

國際半導體照明聯(lián)盟主席曹健林表示，我國發(fā)展寬禁帶半導體已具備一定的基礎和積累。一是產業(yè)鏈較完整，具備技術突破和產業(yè)協(xié)同發(fā)展的基礎；二是國際半導體產業(yè)和裝備巨頭在第三代半導體領域還未形成專利、標準和規(guī)模壟斷，我國企業(yè)有機會迎頭趕上;三是與半導體相關的精密制造水平和配套能力快速提升；四是國家積極倡導推動“雙碳”戰(zhàn)略實施，加快新一代信息技術與工業(yè)化的深度融合，為新興產業(yè)發(fā)展創(chuàng)造巨大的空間。但曹健林同時指出，我國寬禁帶半導體在原始創(chuàng)新和面向應用的基礎研究能力、產業(yè)創(chuàng)新生態(tài)體系建立等方面仍有待提高。

編輯：黃飛