科技支撐碳達峰碳中和

 

第三代半導體近期備受關注。

 

小米、傳音等公司紛紛搶占第三代半導體材料應用于快充領域的賽道；在資本市場，第三代半導體上下游公司——臺基股份、安泰科技、露笑科技、海特高新等表現活躍。政策層面，有消息稱，國內半導體產業將得到統籌發展，行業發展支持力度也將進一步加大，尤其重視第三代半導體。

 

在第三代半導體產業技術創新戰略聯盟秘書長于坤山等業內專家看來，大力發展第三代半導體，尤其對支撐碳達峰、碳中和意義重大。

 

第三代半導體即寬禁帶半導體，以碳化硅和氮化鎵為代表，具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優越性能，是支撐新一代移動通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯網等產業自主創新發展和轉型升級的重點核心材料和電子元器件。

 

中國電動車百人會理事、哈爾濱理工大學教授蔡蔚分析，第三代半導體功率芯片和器件的固有特性，決定了其在實現光伏、風力等新能源發電、直流特高壓輸電、新能源汽車等電動化交通、工業電源、民用家電等領域的電能高效轉換優勢。

 

“以新能源汽車為代表的陸海空電動化交通和以智能化機器人、無人飛機、數控機床為代表的新興產業，迫切需要高頻、高效和耐溫的第三代功率半導體。”蔡蔚說。

 

國家電網全球能源互聯網研究院原院長邱宇峰分析，目前電網在新能源發電以及輸變電環節的電力電子設備中所使用的基本都還是硅基器件，而硅基器件的參數性能已接近其材料的物理極限，因而無法擔負起支撐大規模清潔能源生產傳輸和消納吸收的重任。

 

“采用碳化硅材料制成的功率半導體器件，以其高壓高頻高溫高速的優良特性，能夠大幅提升支撐清潔能源為主體的新型電力系統建設運行所需各類電力電子設備的能量密度，降低成本造價，增強可靠性和適用性，提高電能轉換效率，降低損耗。”邱宇峰說。

 

如何更好發展第三代半導體，助力碳達峰、碳中和目標的實現？

 

于坤山認為，首先要實現關鍵材料、核心芯片和模塊的產業化，做好產業的優化布局并通過示范和規模化應用。

 

具體而言，針對第三代功率半導體器件（碳化硅和氮化鎵兩大材料體系）需求，加速實現第三代半導體全產業鏈的自主可控發展，包括：盡快實現高性能6英寸、8英寸碳化硅單晶襯底和外延材料及其功率器件的量產，6英寸、8英寸硅基氮化鎵外延材料及其功率器件的量產，高性能封裝的器件和模塊量產，單晶襯底生長、加工、芯片工藝、封裝、測試等核心檢測儀器和裝備的國產化。

 

此外，于坤山建議，在鼓勵地方政府和社會資本積極參與第三代半導體產業化的同時，要考慮到半導體產業自身存在的高風險、高投入、高技術門檻、長周期等特點，有序推進產業布局。

 

“在具有良好半導體產業基礎、資金實力雄厚、人才儲備豐富的地區，以產業鏈聚集的方式率先布局上游和中游產業，以期快速實現核心材料和芯片的產業化，之后以成熟的團隊和企業為核心，在更大的范圍內進行量產和擴產，最后將第三代半導體的成熟技術和產品推廣應用到各行各業。”于坤山說。

 

蔡蔚也強調，要加強產業鏈建設，從襯底、外延、芯片到封裝、控制器設計制造以及應用等各環節實現全壽命周期的低碳甚至零碳戰略。“原材料、芯片和器件自主可控是第三代寬禁帶功率半導體產業健康發展的基石，也是全產業鏈落實雙碳戰略目標的保障。”他說。

 

在此基礎上，邱宇峰建議，要促進研發與應用的結合，在下游新能源汽車、光伏逆變器、充電樁、數據中心、智能化工廠、白色家電、消費類電子、物流、能源互聯網等領域開展應用示范。通過應用示范，幫助設備制造企業熟悉掌握第三代半導體器件，加快實現產品迭代，盡快打開市場應用需求通道，使產品加速成熟。