文/朱邵歆 黃偉熔(工業(yè)和信息化部賽迪研究院)

　　2018年8月，美國制造創(chuàng)新中心“電力美國”發(fā)布了新一批項目名單，繼續(xù)推動化合物半導(dǎo)體制造能力提升、應(yīng)用推廣和人才環(huán)境建設(shè)。目前我國已基本完成化合物半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)體系構(gòu)建和方向布局，但技術(shù)水平和市場能力與國際企業(yè)有明顯差距，同時面臨不少挑戰(zhàn)，比如國際技術(shù)和市場封鎖、市場和產(chǎn)業(yè)未能協(xié)同發(fā)展、地方政府投資盲目?；诖?，賽迪智庫集成電路研究所提出4點建議：以5G和新能源汽車作為市場突破口，加快建設(shè)化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心，加大關(guān)鍵技術(shù)和制造能力投入力度，建立項目投資窗口指導(dǎo)機制。

　　“電力美國”(Power America)成立于2014年12月，原名“下一代電力電子制造創(chuàng)新中心”，是美國國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)(National

　　Network for Manufacturing Innovation)組建的14家制造創(chuàng)新中心

　　(Institute for Manufacturing Innovation)之一?！半娏γ绹庇擅绹茉床抠Y助，由北卡羅來納州立大學(xué)牽頭成立，初始成員包括18家企業(yè)和7家大學(xué)及實驗室，研究經(jīng)費合計1.46億美元，支持時間為5年。“電力美國”定位于推動以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)化合物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的新一代電力電子技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2018年8月，“電力美國”發(fā)布了新一批的6個支持項目名單，支持的總項目數(shù)達到26個，支持的研究機構(gòu)和企業(yè)20家，涉及制造技術(shù)、應(yīng)用推廣和人才環(huán)境?！半娏γ绹敝С趾筒季值姆较?qū)ξ覈衔锇雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要參考意義。

　　一、“電力美國”重點布局化合物半導(dǎo)體制造技術(shù)、應(yīng)用推廣和創(chuàng)新環(huán)境

　　1.重點布局器件制造技術(shù)和加工平臺

　　“電力美國”共布局了4個項目來支持提升SiC電力電子器件的制造能力，承擔(dān)項目的企業(yè)包括美國Wolfspeed公司(全球技術(shù)最領(lǐng)先的SiC器件企業(yè))、德國X-Fab公司的美國工廠(全球最大的SiC器件代工廠)、美國Microsemi公司、美國GeneSiC公司。項目主要支持建設(shè)6英寸的SiC電力電子器件生產(chǎn)線和開發(fā)3.3kV-6.5kV高電壓SiC電力電子器件制造技術(shù)。此外，“電力美國”依托Wolfspeed、美國海軍研究所和美國通用電氣航空系統(tǒng)公司，支持3個項目用于開發(fā)SiC功率模組制造技術(shù)。

　　2.重點布局應(yīng)用技術(shù)和商業(yè)化產(chǎn)品

　　“電力美國”共布局了14個項目來推動化合物半導(dǎo)體技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用。應(yīng)用方向包括重型電動汽車、電機驅(qū)動系統(tǒng)、光伏逆變器、數(shù)據(jù)中心電源、微電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、無線充電、高速高壓交流驅(qū)動、配電網(wǎng)絡(luò)、雙向開關(guān)，基本覆蓋了SiC和GaN電力電子器件的優(yōu)勢應(yīng)用市場。承擔(dān)項目的成員包括Infineon、ABB、東芝等全球器件龍頭企業(yè)，弗吉尼亞理工大學(xué)等美國高校，通用電氣、約翰迪爾等應(yīng)用企業(yè)。尤其是最新一批項目中，創(chuàng)新中心依托德國Infineon公司(2014年收購了美國的IR公司)，布局面向無線充電和快速充電等新興消費電子市場的硅基GaN電力電子器件技術(shù)。

　　3.重點布局人才培養(yǎng)和創(chuàng)新環(huán)境

　　“電力美國”共布局了5個人才培養(yǎng)和創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)項目，承擔(dān)主體均為美國高校，包括倫斯勒理工學(xué)院和創(chuàng)新中心牽頭單位北卡羅來納州立大學(xué)。項目支持方向包括GaN電力電子器件的設(shè)計流程和文件、逆變器設(shè)計空間探索教學(xué)工具軟件、研究生實驗室、電力電子教學(xué)實驗室。通過項目支持，為在校大學(xué)生提供了一系列的針對性教學(xué)課程和應(yīng)用創(chuàng)新環(huán)境，使其更快掌握基于GaN和SiC電力電子系統(tǒng)的設(shè)計方法和實踐經(jīng)驗，鍛煉其開發(fā)新興應(yīng)用場景的創(chuàng)新能力，為創(chuàng)新中心成員企業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的化合物半導(dǎo)體電力電子設(shè)計工程師。

　　二、我國化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和面臨的問題

　　1.基本完成產(chǎn)業(yè)鏈體系構(gòu)建和產(chǎn)業(yè)方向布局

　　相比于硅器件和集成電路，國內(nèi)的化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與國外差距相對較小。依托國內(nèi)早期LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域初步具備了人才、材料和裝備等產(chǎn)業(yè)配套能力。在產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，國內(nèi)已經(jīng)具備SiC襯底和外延材料的供應(yīng)能力和器件制造能力。在產(chǎn)業(yè)方向上，國內(nèi)企業(yè)在射頻器件和電力電子器件領(lǐng)域均有涉及。在技術(shù)路線上，硅基GaN器件、SiC基GaN器件和SiC器件技術(shù)均有技術(shù)積累。在企業(yè)方面，中車時代電氣、中電科下屬研究所等成長勢頭良好，部分產(chǎn)品和技術(shù)已接近或達到行業(yè)領(lǐng)先水平。國家集成電路投資基金通過入股三安光電，支持其建設(shè)化合物半導(dǎo)體制造廠;中國風(fēng)險投資公司入股蘇州能訊，支持其建設(shè)4/6英寸GaN器件制造生產(chǎn)線;中車時代電氣在國家02專項的支持下，已建成6英寸SiC器件生產(chǎn)線，預(yù)計2018年底量產(chǎn)。(表1)

　　插入PDF原文第5頁表

　　表1 我國化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系一覽

　　2.技術(shù)水平和市場能力與國際龍頭企業(yè)差距明顯

　　從整體看，國內(nèi)企業(yè)與國際領(lǐng)先企業(yè)依然存在明顯差距，表現(xiàn)在技術(shù)、產(chǎn)品和市場三個方面。以SiC電力電子器件為例，技術(shù)方面，由于資金投入不足，國內(nèi)的生產(chǎn)制造能力落后。目前尚無批量生產(chǎn)的6英寸SiC生產(chǎn)線，4英寸線也多為小規(guī)模中試線。德國Infineon等企業(yè)已全部使用6英寸生產(chǎn)線。產(chǎn)品方面，國內(nèi)企業(yè)主要提供SBD二極管等單個產(chǎn)品，尚不能制造性能可靠的MOSFET產(chǎn)品，且不具備SiC電源系統(tǒng)的整體方案設(shè)計能力。Infineon憑借其強大的電源解決方案能力，推出了一系列SiC和GaN產(chǎn)品。Wolfspeed公司發(fā)布了首個滿足汽車標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q101的SiC MOSFET產(chǎn)品。市場方面，國內(nèi)企業(yè)十分弱小，在新能源汽車等關(guān)鍵市場不具備話語權(quán)和影響力，很難進入國際供應(yīng)鏈。國際龍頭企業(yè)已開始大舉開拓光伏逆變器和新能源汽車等市場，ST公司的SiC功率模組已經(jīng)應(yīng)用于特斯拉的Model 3電動車中。

　　3.面臨國際技術(shù)禁運和市場封鎖

　　國際技術(shù)合作和企業(yè)并購是國內(nèi)企業(yè)快速提升技術(shù)水平和進入全球市場的“快捷路徑”。然而，化合物半導(dǎo)體是有源相控陣?yán)走_、毫米波通信、軍用衛(wèi)星、激光武器等軍事裝備中的關(guān)鍵器件，被列入國際《瓦森納安排》(Wassenaar Arrangement)軍民兩用技術(shù)和產(chǎn)品的出口管制清單。SiC高純單晶襯底等一系列關(guān)鍵設(shè)備和材料受到以美國為代表的國際技術(shù)禁運和封鎖。中國資本的國際并購頻頻被否決，包括收購德國Aixtron(化合物半導(dǎo)體MOCVD設(shè)備企業(yè))、美國Lumileds(化合物半導(dǎo)體LED照明企業(yè))和美國GCS(化合物半導(dǎo)體制造企業(yè))等。2018年8月1日，美國商務(wù)部宣布將44家中國企業(yè)列入出口管制名單，限制向這些企業(yè)出口和轉(zhuǎn)移美國技術(shù)。進入美國市場的企業(yè)也不得與名單中的企業(yè)進行技術(shù)合作。電科13所和55所等國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的化合物半導(dǎo)體研究機構(gòu)均被列入管制名單。

　　4.市場和產(chǎn)業(yè)未能協(xié)同發(fā)展

　　我國擁有全球最大的化合物半導(dǎo)體應(yīng)用市場，除了傳統(tǒng)市場外，新興市場如新能源汽車正在蓬勃發(fā)展，5G通信也在加速部署，這些都將極大拉動化合物半導(dǎo)體市場需求。然而，巨大的市場優(yōu)勢尚未有效轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的牽引力。一方面，集成電路是高度國際化、市場化的產(chǎn)業(yè)，在國際政治環(huán)境允許的情況下，國內(nèi)應(yīng)用企業(yè)由于路徑依賴等原因會優(yōu)先采購全球領(lǐng)先的化合物半導(dǎo)體供應(yīng)商的產(chǎn)品，對國內(nèi)產(chǎn)品使用意愿不強。另一方面，國內(nèi)的化合物半導(dǎo)體企業(yè)在行業(yè)市場和消費市場均很難實現(xiàn)突破。在行業(yè)市場，需要器件企業(yè)與整機企業(yè)形成長期穩(wěn)定的合作，共同提升產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性;在消費市場，需要器件企業(yè)具備規(guī)模

　　產(chǎn)能和出色的成本管理能力。這對于國內(nèi)實力較弱的化合物半導(dǎo)體企業(yè)來說，無論技術(shù)還是管理方面，任務(wù)都非常艱巨。

　　5.地方政府項目投資盲目

　　跟隨集成電路的政策東風(fēng)，化合物半導(dǎo)體呈現(xiàn)出“投資熱”。集成電路作為中央政府鼓勵支持的產(chǎn)業(yè)，受到了地方政府的高度重視。起步早、實力強的重點城市已搶先布局了12英寸代工生產(chǎn)線項目和存儲器制造項目，投資規(guī)?？蛇_上千億元。起步晚、實力弱的城市在選擇產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向時，大多瞄準(zhǔn)了投資規(guī)模小、市場前景好、具備“彎道超車”機會的化合物半導(dǎo)體。然而，由于這些城市在集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域缺乏發(fā)展經(jīng)驗和專業(yè)認(rèn)識，招商引資時信息嚴(yán)重不對稱，對化合物半導(dǎo)體的市場定位和發(fā)展前景的判斷不夠準(zhǔn)確，扶持政策缺乏可持續(xù)性和精準(zhǔn)性。尤其是近年來，境外的所謂“科技人才”打著化合物半導(dǎo)體“全面替代硅”的旗號，組建“臨時拼湊”的技術(shù)團隊，懷揣“空手套白狼”的僥幸心理，“游走”于國內(nèi)多個城市，“忽悠”地方政府。

　　三、對我國化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑的思考與建議

　　1.以5G通信和新能源汽車作為應(yīng)用市場的突破口

　　依托大國大市場和政府組織協(xié)調(diào)優(yōu)勢，在新能源汽車和5G通信兩個市場，加大國產(chǎn)化合物半導(dǎo)體產(chǎn)品的試用和驗證。政府組織應(yīng)用企業(yè)和化合物半導(dǎo)體企業(yè)成立試用驗證平臺，并出臺保險補償機制，鼓勵整機企業(yè)敢用、愿用國產(chǎn)產(chǎn)品。通過真實應(yīng)用環(huán)境考驗，不斷試錯、發(fā)現(xiàn)和解決器件問題，提升國內(nèi)化合物半導(dǎo)體企業(yè)的市場競爭力，降低國內(nèi)應(yīng)用企業(yè)的供應(yīng)鏈安全風(fēng)險。

　　2.加快建設(shè)化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域的國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心

　　依托制造業(yè)創(chuàng)新中心實現(xiàn)關(guān)鍵共性技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)。一是在5G通信領(lǐng)域盡快成立5G中高頻器件國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心。推動北京、深圳等地發(fā)揮各自優(yōu)勢，完成省級創(chuàng)新中心的籌備工作，并擇優(yōu)支持升級為國家級。二是在電力電子領(lǐng)域盡快成立國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心。中車時代電氣公司已在湖南發(fā)起成立功率半導(dǎo)體省級創(chuàng)新中心，應(yīng)協(xié)調(diào)和推動其吸納更多的成員單位，升級為國家級。探索吸納國際龍頭企業(yè)加入創(chuàng)新中心。

　　3.加大在關(guān)鍵技術(shù)和制造能力上的投入力度

　　一是依托制造業(yè)創(chuàng)新中心建立化合物半導(dǎo)體中試研發(fā)生產(chǎn)線，拓展制造工藝，提升工藝的穩(wěn)定性。二是圍繞中試研發(fā)線，推動國產(chǎn)襯底材料、外延材料、MOCVD設(shè)備等配套環(huán)節(jié)的試用驗證工作，尤其是推動高純SiC單晶襯底盡快實現(xiàn)技術(shù)突破。三是加大在制造能力上的投入力度，依托具備技術(shù)積累的龍頭企業(yè)，繼續(xù)建設(shè)具備量產(chǎn)能力的6英寸SiC器件生產(chǎn)線。

　　4.建立項目投資的窗口指導(dǎo)機制

　　推動省市建立集成電路的窗口指導(dǎo)機制，并將化合物半導(dǎo)體列入窗口指導(dǎo)。在項目投資決策前，地方政府通過指導(dǎo)窗口委托中立的產(chǎn)業(yè)發(fā)展咨詢機構(gòu)對產(chǎn)品市場方向、技術(shù)團隊能力等進行評估，解決信息不對稱問題，避免不符合地方發(fā)展需求和實際的化合物半導(dǎo)體項目盲目落地。