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来源:猎云网

中国科学院半导体研究所研究员张韵:在化合物半导体方向上寻求突围

2020-12-05
活动
建道超车,才能突围。

【猎云网(微信:ilieyun)北京】12月5日报道(文/王非、尹子璇)

12月4日,在逆势生长-NFS2020年度CEO峰会暨猎云网创投颁奖盛典的“半导体崛起之路”专场上,中国科学院半导体研究所研究员张韵发表了《复杂环境下,中国半导体产业的突围》的主题演讲。

张韵认为,在新的赛道上进行超越和逼近的同时,也要加强基础研究。“在很多情况下,我们还是简单的照搬、拷贝,知其然而不知其所以然。如果没有很好的基础研究,永远不可能实现很好地突围。”

对于换道超车、弯道超车的说法,张韵表示,“我个人比较赞同’建道超车’。如果想要突围,不管是换道还是变道,这个道还是他国画的道,只能跟着别人的步伐去无限趋近。如果想要突围,就一定要找一个差距不是那么大的领域,这个道还没有画成,或者自己新创建一个道来进行,这叫建道超车。

现在半导体行业火热,半导体芯片已经是中国最大的进出口商品,必须像解决钢铁石油问题一样,解决“中国芯”,支撑中国未来50年的发展。

张韵认为,半导体无疑是具有重要战略地位的,所以重视它肯定是没有问题,我们需要在充分了解其重要性之后,慢慢去探索。

谈及为什么会被美国这些同盟围困?张韵表示,半导体产业链可分为材料、装备制造、高端工艺、设计、封装测试和系统等环节,我国半导体在设计、封测及系统等方面技术自主度较高。而在半导体材料及高端工艺制程等环节存在差距,也确实是硬骨头,造成了这些环节被美国及其同盟围困。在面对复杂的外部环境问题上,也是因为我们在这方面有短板,才会造成现在这个困局。

如何实现一定程度的突围?张韵围绕化合物半导体展开了分享。硅是第一代半导体,也就是元素半导体。然后是第二、三代半导体,化合物半导体是两个或两个以上元素组合在一起形成的。硅奠定了微电子行业的基础,化合物半导体则开辟了更多样化的应用。

“现在所使用的5G基站,包括以后的6G的核心器件以及光纤通信里的激光器大部分是化合物半导体制成的,在智能电网、5G、新能源汽车及自动驾驶等典型应用场景里发挥着巨大的作用,化合物半导体作为支撑产业升级、节能减排和新的经济增长点是非常重要的。”

对于“突围”,张韵表示,在半导体产业较长的链条中,每个环节都有关键技术。比如说在材料环节,大尺寸化合物单晶生长,特别是碳化硅的制备,最近几年我们国家就做的相当好,国家对这块也很重视。“有一些公司也已经做上市的准备,碳化硅现在反而变成了美国、日本的一些公司向中国采购,这个可以说是我国实现半导体突围很好的例子。”

张韵表示,理解“突围”这两个字,不能在一开始就期望“全面扭转”,需要有限找到几个突破点。他认为,在化合物半导体、特别是第三代半导体里面,我们存在突围的机会,实现建道超车。

NFS2020年度CEO峰会暨猎云网创投颁奖盛典于12月2日-4日在北京柏悦酒店召开,由猎云网主办,锐视角、猎云资本、猎云财经、企业管家协办。本届峰会以“逆势生长”为主题,开设了主论坛和九大专场,覆盖母基金、新基建、电商、医疗等领域,近两百名行业专家、投资人和创业者们深入探讨各产业经营之道,以及行业变革中酝酿的创业与投资机遇。

以下为张韵演讲实录,由猎云网整理:

非常荣幸今天有机会来这里跟大家进行交流,我来自中国科学院半导体研究所,这是在半导体领域做了大概六十年研究的研究机构。这个题目是会议方起的,我觉得非常好,复杂环境下的产业突围其实是很好的一个题目,围绕“突围”这两个字大概说一下我的看法,很简单。

我们中国半导体怎么了,如何就被围困住了。

我们怎么实现“突围”,我针对某几个点说一下自己的看法。

为什么现在半导体这么火,半导体芯片现在已经是咱们国家最大的进出口商品,大家对这个重要性已经非常有感觉了,怎么认识这个问题?确实有很高的技术门槛,里面有很多应用内容,和我们熟悉的钢铁、石油等等一样,也是我们日常生活中一个重要的元素和材料。有的时候太火了也变成了贬义词,因为半导体太重要了。具体怎么做我们可以慢慢探索,但需要了解其重要性。

我们为什么会被美国这些同盟围困呢?其实半导体产业链有很长的环节,从材料、高端装备到高端的工艺,7纳米、5纳米,甚至现在1纳米也出来了,到设计,到封测,到应用等等环节,是很长的,事实上我国在有些领域很不错,像设计、封测等方面。但是恰恰是因为在几个重要环节上有问题,比如说在材料,在高端的芯片等,我们很不幸的被卡住了、围困了。当然,也有国际政治经济环境的问题,美国及其同盟成团围困,归根结底还是因为我们这些方面的短板,所以才会造成现在这个局面。

下面考虑一个实际问题,如何实现一定程度的突围?我今天主要想分享的是化合物半导体。硅材料被认为是第一代半导体,但不代表它已经要结束了,而是从出现时间来讲,硅是第一代半导体,是元素半导体。还有第二代、第三代半导体,属于化合物半导体。化合物半导体就是两个或两个以上的元素发生化学反应结合在一起,为什么它如此重要?硅虽然奠定了微电子行业的基础,而且会继续领导几十年的时间,曾经遵循摩尔定律。但是我们现在是多样化的社会,拥有多样化的应用,在很多专门应用上需要更好的选择。如果可以把硅的超大规模集成电路比喻成人类大脑的话,那么化合物半导体可以比喻成人类动力的心脏。我们现在开始使用的5G基站,包括以后的6G、光纤通信里的激光器、电力器件都是源于化合物半导体,扮演了信息传输的心脏,支撑产业升级、节能减排和新的经济增长点。

三个典型的应用场景,给大家做一个介绍。第一是智能电网,我们国家智能电网行业在国际上来说也是比较先进,对于全球能源互联网采用大功率SiC器件,才能实现高效节能减排以及高效的电能转换,而且可以大大降低里面核心元件使用的数量。其实这个数量非常重要,因为在智能电网中采用软件来控制很多芯片,如果是用硅的器件,可能要同时控制上千个芯片,整个网络拓谱结构会非常复杂,如果大大减小芯片数量的话,网络结构和可靠性就会得到很高的提升。

第二是5G应用,开启万物互联,是很好的应用场景。5G需要10Gbps以上的带宽、毫秒级时延和超高密度连接,这就要求做通信器件有更高的能效和带宽,第三代半导体的GaN起到非常重要的作用。

第三是新能源汽车及自动驾驶,这里主要是两方面,在新能源汽车里面核心的动力器件部分,特别适合采用化合物半导体,或者特别是第三代半导体来做,比如电能转换,动力系统。现在特斯拉已经全面用碳化硅器件做电力电子器件。随着新能源汽车普及,相比传统汽车需要采用更多的功率器件,半导体市场就会有几十倍的提升,是一个非常可观的市场增长点。另外,自动驾驶方面。自动驾驶除了 AI算法,很核心的是汽车眼睛——雷达。雷达分激光雷达和毫米波雷达,不管是哪一种,未来如果想有比较好的分辨率,比较长的探测距离,化合物半导体都更适合。对于激光雷达,硅虽然是非常完美的半导体材料,但它最大的劣势是它很难高效发光,激光雷达需要用化合物半导体来做。毫米波雷达需要实现比较长的传输距离,对于实现77GHz毫米波雷达,氮化镓是非常重要的芯片。

前面是偏战略方向的东西,下面是战术级的方向,半导体领域是很长的链,每个环节都有关键技术,比如在材料环节,大尺寸化合物单晶生长,特别是碳化硅的制备最近几年做的相当好。国家对这个领域很重视,有一些公司也在准备上市,现在反而变成了美国、日本都有一些公司来向我们国家采购碳化硅材料,可以说是我们实现半导体突围很好的例子。

突围这两字,一开始不能实现全面的扭转,我们肯定要找几个突破点,在碳化硅方面,国际市场上已经有了比较好的位置和声誉,在智能电网,新能源汽车等,碳化硅器件已经开始应用。其次是高品质化合物薄膜生长及装备,包括我们要做高压大功率器件,需要有高质量的外延材料。在光电子器件方面,我们已经实现世界上最大产业规模半导体照明产业,有数十家上市公司,还有化合物半导体做通信光源,如砷化镓材料等重要的领域。电力电子器件,有几个典型应用,市面上已经涌现的氮化镓快充,但这不是氮化镓最终目的,快充市场是消费电子,在此进行成熟化的验证,可能再经历两三年之后,我相信对于中大功率的应用,比如在工业电源,在数据中心基站上面,会马上出现很多氮化镓的应用,只要在快充市场得到成熟性验证以后,大家会看到非常广阔的市场应用。

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