济南市碳化硅产业链发展规划-济南市发改委.doc

济南市高性能半导体
产业链发展规划(2013—2020年)
以碳化硅、氮化镓、铌酸锂为代表的高性能半导体晶体广泛应用于信息传输、光存储、光通讯、微波、LED、汽车电子、航空航天、高速列车、智能电网和超高压输变电、石油勘探、雷达与通信等国民经济和军工领域。随着经济社会的快速发展,碳化硅、铌酸锂等高性能半导体材料、器件和应用产品需求日益旺盛。据不完全统计,我国年进口高性能控制器件和光电子器件超过3000亿美元。
为加快培育我市高性能半导体产业集群,建设国内领先、国际先进的产业基地,特制定本规划,规划期为2013年—2020年,近期为2013—2016年。本规划所指的高性能半导体产业主要包括:碳化硅、铌酸锂等晶体材料制备和加工,碳化硅、铌酸锂薄膜器件及下游应用产品的开发生产,相关装备制造,产业链涉及的关键配件和配套产业等。
一、国内外发展现状
(一)碳化硅产业发展现状。
碳化硅单晶材料是目前发展最为成熟的第三代半导体材料,其禁带宽度是硅的3倍,饱和电子漂移速率是硅的2倍,临界击穿电场大于硅的10倍或***化镓的5倍,热导率是蓝宝石的20倍或***化镓的10倍,化学稳定性好,在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。
碳化硅晶体材料生长、加工难度极大,目前世界上只有少数几家企业能够实现碳化硅晶体材料的产业化。美国科锐公司(Cree)是碳化硅半导体行业的先行者和领先者,已研制出了6英寸碳化硅衬底片。2012年,该公司碳化硅晶体材料的产量在80—100万片之间,控制了国际碳化硅衬底片的市场价格和质量标准。美国二六(II-VI)、道康宁(Dow Corning)、德国SiCrystal AG、日本新日铁等公司也相继推出了2—3英寸碳化硅衬底片生产计划,抢占碳化硅市场份额。国内自上世纪90年代以来,山东大学、中科院等高校和科研院所相继开展了碳化硅单晶生长技术的研究。2011年,山东天岳公司在消化吸收山东大学研究成果的基础上,成功实现碳化硅衬底片的产业化,成为世界上少数几家同时掌握N型和半绝缘型碳化硅半导体材料生产技术的企业之一,晶体生长和衬底加工技术达到世界先进水平,打破了西方发达国家对我国的技术垄断和封锁。此外,北京天科合达具备了生产2-4英寸导电型碳化硅衬底片的生产能力,并开展了非掺杂半绝缘碳化硅晶体生长技术的研发。
随着碳化硅衬底材料技术的不断改进,器件研制发展迅速。科锐公司拥有基于碳化硅衬底的LED制造材料、外延、芯片、封装、应用等不同层面的核心技术,并与世界知名LED生产企业通过交叉授权的方式建立LED行业技术壁垒,垄断了高端LED市场。2013年,科锐公司推出的耐压为1200V 碳化硅
基金氧半场效晶体管(MOSFET),已经应用在太阳能发电用逆变器、高电压输出DC/DC转换器以及马达驱动用逆变器等装置中。三菱电机利用碳化硅基肖特基二极管(SBD)和碳化硅基MOSFET生产的电机变频器,与硅基器件制造的同类产品相比功耗减少70%,整机体积减小75%。罗姆公司推出的第二代碳化硅基SBD和碳化硅基MOSFET产品,已在大金空调、铁路用逆变器、阿尔斯通高速铁路、光伏发电系统和电动汽车用快速充电器中使用。飞兆公司的碳化硅基双极结型晶体管(BJT)产品,与硅基同类产品相比耐压值更高,损耗值降低30~50%,输出功率提升40%。国内对碳化硅电力电子器件的研究始于20世纪末。从2004年开始,国家通过实施一系列科技计划,大力支持引导碳化硅电力电子器件及相关产业发展,在碳化硅器件结构设计及建模、器件制造工艺技术等方面开展了广泛研究。南车时代电气与中科院微电子所合作开发了600V和1200V/20A 碳化硅SBD器件工程片、碳化硅MOSFET器件样品。济南市半导体元件实验所、济南晶恒电子有限责任公司联合国内有关单位承担了国家碳化硅器件重大专项项目,开展了碳化硅肖特基二极管项目的研制。但总体上,我国在高压碳化硅电力电子器件制造工艺技术、产业化推广方面与国外存在较大差距。
近年来,美、日和欧洲发达国家均把发展碳化硅半导体产业列入国家战略,聚集精英人才,投入巨资加快推动。美国国防部投资10亿美元,实施宽禁带半导体专项计划,重点解决碳化硅宽禁带半导体材料、工艺制造、封装与可靠性方面等问题
;日本将“利用宽带隙半导体材料(如碳化硅、氮化镓等)制成的高性能功率器件有望显著促进清洁经济型能源体系的建立”列入了综合科学技术发明战略(即“首相战略”)。根据国外权威机构分析报告显示,今后一段时期,碳化硅晶体材料及器件将保持年均30%以上的快速增长。预计到2020年,全球市场容量将达到1800亿美元以上。
(二)铌酸锂产业发展现状。
铌酸锂(LiNbO3)晶体是集电光、声光、压电、光