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关于启动国家宽禁带碳化硅半导体专项计划的建议

  发布日期:2015-11-10 10:32  浏览量:

  山东省政协委员,山东天岳先进材料科技有限公司、济南天业工程机械有限公司董事长宗艳民反映:宽禁带碳化硅半导体是继第一代硅半导体材料和第二代砷化镓半导体材料之后发展起来的第三代半导体材料,由于具有宽禁带、高热导率和高电子迁移率等特性,广泛应用于制作大功率微波器件、电力电子器件、光电子器件,具有划时代的产业革命意义,在欧美、日本等发达国家已被列入其国家战略。

  宽禁带碳化硅半导体突出的优势主要表现在:一是实现节能降耗。第三代宽禁带碳化硅半导体器件应用在新能源汽车、轨道电力机车、家电、智能电网、太阳能和风力发电、电机等领域可以使系统体积减70%,能耗降低50%。我国在电力驱动马达领域用电消耗占到整个社会用电量的60%以上,如果在电力驱动领域推广应用碳化硅功率器件可以节约电力0.7万亿度,相当于8个三峡电站一年的发电量。二是提高国防装备能力。第三代宽禁带碳化硅半导体器件用在雷达、通讯上其微波输出功率密度是砷化镓的10倍以上,工作频率达到100GHz以上,如广泛应用于舰船制造、航空航天、精确制导,可以大幅度提高装备的性能,大大缩短我国国防建设与西方发达国家的差距。

  目前,国际上欧美、日本等发达国家均把发展和应用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。宽禁带碳化硅半导体已经进入大规模应用阶段,应用成果非常显著。在美国,2013年科瑞公司推出耐压为1200V 碳化硅基MOSFET,应用在太阳能发电用逆变器装置、高电压输出DC/DC转换器装置以及马达驱动用逆变器装置等。在日本,罗姆公司推出了第二代碳化硅基SBD和MOSFET产品,目前已在大金空调、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;飞兆公司生产的碳化硅基BJT,损耗降低30~50%,输出功率提升40%。在欧洲,德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所采用碳化硅MOSFET制备的7kW输出太阳能发电用逆变器装置,获得97.81%的转换效率。

  由于西方发达国家在第三代宽禁带碳化硅半导体技术和高端产品方面明确对我国实行技术封锁,我国重大装备使用的核心电子器件,大部分都依赖进口。据统计,2012年中国进口的半导体芯片及其相关产品总额达1920亿美元,超过了1200亿美元的进口石油总额。重大装备缺少中国芯,这种落后状况严重制约了我国经济的发展,也严重危及了我国国防安全。

  可喜的是,近年来,我国宽禁带碳化硅半导体技术已实现重大突破,获得了难得的发展机遇。在国家相关部委的支持下,已故著名科学家蒋民华院士带领其团队经过数十年的技术攻关,突破了宽禁带碳化硅半导体产业链最前端——核心的碳化硅晶体材料环节,并在山东天岳公司成功实现产业化。山东天岳公司是目前世界上为数不多的几家高品质碳化硅衬底生产商之一,技术和产品达到国际先进水平,打破了国外的垄断和禁运封锁。同时天岳公司正在联合南车时代、华为海思等企业,利用国内外资源,在碳化硅材料外延、芯片器件、应用领域等产业链各个环节进行布局和推动。可以预见的是,在充足资金保障下,通过企业的努力和国家的支持,天岳公司等企业利用2年的时间就可以打通第三代宽禁带碳化硅半导体产业链,利用5年的时间就有望跻身世界第三代宽禁带碳化硅半导体产业前列,使我们国家突破“空芯”!

  但是,我国宽禁带碳化硅半导体产业的发展仅仅依靠山东天岳等几家企业的力量是远远不够的,必须要充分体现国家意志,抓住材料突破的机会,从系统的角度重点安排,整合各类资源,在宽禁带碳化硅半导体产业上奋力追赶世界先进水平。

  为此,建议:启动我国宽禁带碳化硅半导体专项计划。一是将发展第三代宽禁带碳化硅半导体技术和产业置于基础和核心地位,纳入国家中长期发展战略规划,加大应用力度,为第三代半导体技术和产业发展营造良好的政策环境。二是以企业为主导,鼓励企业自主创新,搭建国家级创新平台。三是设立第三代宽禁带碳化硅半导体产业发展基金。四是发挥市场在资源配置中的决定作用,给企业更多的自主权,鼓励企业牵头组建产业联盟。 

  

  

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