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(xiàn)活躍。政策層面，有消息稱，國內半導體產業(yè)將得到統(tǒng)籌發(fā)展，行業(yè)發(fā)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(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長于坤山等業(yè)內專家看來，大力發(fā)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(yōu)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(lián)網(wǎng)等產業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)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(xiàn)光伏、風力等新能源發(fā)電、直流特高壓輸電、新能源汽車等電動化交通、工業(yè)電源、民用家電等領域的電能高效轉換優(yōu)勢。

 

“以新能源汽車為代表的陸?？针妱踊煌ê鸵灾悄芑瘷C器人、無人飛機、數(shù)控機床為代表的新興產業(yè)，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(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院原院長邱宇峰分析，目前電網(wǎng)在新能源發(fā)電以及輸變電環(huán)節(jié)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(shù)性能已接近其材料的物理極限，因而無法擔負起支撐大規(guī)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(yōu)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(tǒng)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(fā)展第三代半導體，助力碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)？

 

于坤山認為，首先要實現(xiàn)關鍵材料、核心芯片和模塊的產業(yè)化，做好產業(yè)的優(yōu)化布局并通過示范和規(guī)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(xiàn)第三代半導體全產業(yè)鏈的自主可控發(fā)展，包括：盡快實現(xiàn)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(yè)化的同時，要考慮到半導體產業(yè)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(yè)布局。

 

“在具有良好半導體產業(yè)基礎、資金實力雄厚、人才儲備豐富的地區(qū)，以產業(yè)鏈聚集的方式率先布局上游和中游產業(yè)，以期快速實現(xiàn)核心材料和芯片的產業(yè)化，之后以成熟的團隊和企業(yè)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(yè)。”于坤山說。

 

蔡蔚也強調，要加強產業(yè)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(huán)節(jié)實現(xiàn)全壽命周期的低碳甚至零碳戰(zhàn)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(yè)健康發(fā)展的基石，也是全產業(yè)鏈落實雙碳戰(zhàn)略目標的保障。”他說。

 

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