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专家建议加快宽禁带与超宽禁带半导体器件发展

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“生产集成电路所需要的硅材料已趋近完美,但是未来还有什么材料可以替代硅,这是业界急切希望解决的问题”。中国科学院院士、国家自然科学基金委员会信息科学部主任郝跃近日在 “纪念集成电路发明60周年学术会议”上如是说。该会议由中国电子学会、中国科学院信息技术科学部等共同主办。


自1958年杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯先后发明集成电路后,使得大规模集成电路被植入在半导体上,体积小、处理能力和可靠性强、性价比高的集成电路逐渐在军用、民用的产品市场占据重要地位。集成电路的发展水平也成为衡量一个国家综合实力的重要标志。


但是,我国的集成电路却主要依赖进口。数据显示,2017年,我国集成电路进口额1.76万亿元人民币,远超过石油和天然气的1.1万亿元,是最大的进口商品,先进工艺制造用的设备和材料主要还依赖进口,因此,在先进半导体工艺技术方面,我们还要做更多的努力。


禁带宽度是衡量集成电路上的半导体器件的重要指标。禁带越宽,器件的击穿电压就越高,这样的半导体器件能够获得更大的输出功率。由这些材料制成的宽禁带或超宽禁带半导体,其关态特性接近于绝缘材料,在高温、高压、高频、大电流等极端工作条件下优势明显,并且损耗小。常见的宽禁带材料包括氮化镓、碳化硅等,禁带宽度超过4个电子伏特的材料被称为超宽禁带半导体材料,包括金刚石、氧化镓、氮化铝等。


与会专家介绍,目前中国应用宽禁带半导体方面已进行了多种尝试。2017年中国氮化物半导体照明产业的产值已经突破了5000亿;电子器件,尤其是微波毫米波器件已开始用于通讯、雷达、对抗、卫星通信等行业;未来宽禁带半导体电力电子器件将在新能源汽车、电力转换等领域有着越来越广泛的应用。


业内人士表示,宽禁带半导体的发展目前也面临机遇和挑战。中国与世界宽禁带半导体发展水平相比,总体上来看差距已经很小,但在一些基础研究方面依然进展缓慢,如基础的材料,以衬底材料为例,我们大尺寸高纯碳化硅的生长和加工方面,目前同国外还有一定的距离,而这些材料国外对我们严格禁运,必须要我们自己解决这些困难。因此,这就需要我们大学、研究所和产业紧密合作,突破瓶颈,解决这些卡脖子的问题。


针对目前宽禁带半导体产业盲目快速发展的问题。郝跃说:我们刚做LED的时候,一个管子(蓝光管)大概一美元,现在同样性能的管子大概就一两分钱人民币,群起而上使行业利润大幅下降。从某种意义上讲,这种发展方式大大降低了芯片的成本,但也导致投入开发高端芯片的资本不足,如高效率大功率的LED芯片领域的技术还主要掌握在国外公司手里;射频微波以及电力电子领域技术门槛较高,企业盲目投入很可能在未走向市场前就被淘汰。因此,如何高度集中地把我们的资金和智力发力于一个明确的方向上来,这值得我们共同努力。”



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