《华为布局第三代半导体材料》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2019-08-31
  • 据媒体报道,华为今年4月刚成立的哈勃投资已于近期入股山东天岳,并获得了10%的股份。山东天岳核心产品为第三代半导体材料碳化硅。据公司官网介绍,碳化硅被称为是第三代半导体的核心材料,具有耐高压、耐高频等突出特点。

    华为通过哈勃投资入股山东天岳,或许表明其对于第三代半导体材料前景的认可。资料显示,哈勃科技投资有限公司注册资本为7亿元人民币,由华为投资控股有限公司100%控股。

    哈勃投资,名字颇具深意。哈勃望远镜自1990年搭乘美国“发现者号”航天飞机进入太空,开启了自己的传奇一生。如果要探索太空,是离不开哈勃的。设立哈勃投资,或表明了华为意图通过产业投资,对科技前沿领域进行探索的初衷。

    历数三代半导体材料

    自半导体诞生以来,半导体材料便不断升级。第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料,其在 集成电路 、电脑、手机、航空航天、各类军事工程等领域中都得到了极为广泛的应用。

    第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

    第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。因信息高速公路和互联网的兴起,还被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和GPS导航等领域。

    第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料。与第一代和第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和度以及更高的抗辐射能力。

    在应用方面,根据第三代半导体的发展情况,其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他4个领域,每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域,宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。

    各国高度重视第三代半导体发展

    目前,许多国家将第三代半导体材料列入国家计划。美国、欧盟均建立了相应的中心及联盟, 致力于研发第三代功率半导体 功率器件 。

    我国政府主管部门高度重视第三代半导体材料及相关技术的研究与开发。从2004年开始对第三代半导体技术领域的研究进行了部署,启动了一系列重大研究项目。2013年科技部在“863”计划新材料技术领域项目征集指南中,明确将第三代半导体材料及其应用列为重要内容。2015年和2016年国家科技重大专项02专项也对第三代半导体功率器件的研制和应用进行立项。

    碳化硅电力电子器件市场在2016年正式形成,根据Yole预测,碳化硅市场规模在2021年将上涨到5.5亿美元,年复合增长率可达到19%。由于我国具有广阔的应用市场,届时国产功率半导体市场也将实现大规模的增长。

    哪些上市公司率先布局了碳化硅?

    三安光电主要从事化合物半导体材料的研发与应用,专注于碳化硅、砷化镓、氮化镓等半导体新材料及相关领域。今年3月,三安光电旗下三安集成电路与美的集团达成战略合作,双方共同成立第三代半导体联合实验室,将通过研发第三代半导体功率器件导入白色家电,推动产业创新发展。

    海特高新目前已完成包括砷化镓、氮化镓、碳化硅及磷化铟在内的6项工艺产品的开发,可支持制造功率放大器、混频器、低噪音放大器、开关、光电探测器、激光 器、电力电子等产品,产品广泛应用于5G移动通信、 人工智能 、雷达、 汽车电子 等领域。截止目前公司部分产品已实现量产,服务客户数和订单持续增加。

    楚江新材在超高温热工装备领域具备领先优势,是国内唯一具有碳及碳化硅复合材料热工装备、高端真空热处理系列装备、粉末冶金系列热工装备三大系列且均保持领先的高端热工装备企业。

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  • 《5G催生第三代半导体材料利好,GaN将脱颖而出》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2018-11-09
    • 相较目前主流的硅晶圆(Si),第三代半导体材料SiC与GaN(氮化镓)具备耐高电压特色,并有耐高温与适合在高频环境下优势,其可使芯片面积大幅减少,并简化周边电路设计,达成减少模块、系统周边零组件及冷却系统体积目标,GaN应用范围包括射频、半导体照明、激光器等领域。 现行GaN功率元件以GaN-on-SiC及GaN-on-Si两种晶圆进行制造,其中GaN-on-SiC强调适合应用在高温、高频的操作环境,因此在散热性能上具优势,其以5G基地台应用最多,预期SiC基板未来在5G商用带动下,具有庞大市场商机。 5G高频特性,使GaN技术有伸展空间 目前基地台用功率放大器(Power Amplifier,PA)主要为基于硅的横向扩散金属氧化物半导体(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)技术,不过LDMOS技术仅适用于低频段,在高频应用领域存在局限性。 由于LDMOS功率放大器的频宽会随着频率增加而大幅减少,运用于3.5GHz频段的LDMOS制程已接近限制,性能开始出现下滑,在考虑5G商用频段朝更高频段发展下,过去LDMOS将逐渐难以符合性能要求,因此第三代半导体材料GaN技术崛起;由于GaN技术支援更高资料容量之多资料传输,同时搭配5G高速网络,不论在频宽、性能、容量、成本间可做出最佳成效。 换言之,GaN优势在于更高功率密度及更高截止频率(Cutoff Frequency,输出讯号功率超出或低于传导频率时输出讯号功率的频率),尤其在5G多输入多输出(Massive MIMO)应用中,可实现高整合性解决方案,例如模块化射频前端元件,以毫米波(Millimeter Wave,mmWave)应用为例,GaN高功率密度特性可有效减少收发通道数及尺寸,实现高性能目标,然短期LDMOS会与GaN共存,主要原因在于低频应用仍会采用LDMOS,例如2GHz以下应用领域。 5G基地台的功率放大器将以砷化镓与GaN制程为主 从Qorvo产品应用来看,采用GaN技术将天线阵列功耗降低40%,透过整合式多通道模块、3~6GHz及28/39GHz频段在射频前端产品的布局,更加强调高性能、低功耗、高整合度、高易用性等目标达成。 其中GaN可达LDMOS原始功率密度4倍,每单位面积功率提高4~6倍,即在相同发射功率规格下,GaN裸片尺寸为LDMOS裸片尺寸的1/6~1/4。由于GaN具有更高功率密度特性,能实现更小元件封装,满足Massive MIMO和主动天线单元(Active Antenna Unit,AAU)技术下射频前端高度整合需求。 目前GaN运用以5G基础设施(如基地台)为主,手机较难采用GaN技术,主要挑战包括:(1)GaN成本高;(2)GaN供电电压高;较不符合手机需求,不过若未来透过改进GaN射频元件特性,仍有可能应用于手机,例如加入新的绝缘介质与沟道材料,使其适应低电压工作环境。无论如何,GaN已成为高频、大功耗应用技术首选,包括需高功率水平的传输讯号或长距离应用,例如基地台收发器、雷达、卫星通信等。
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    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2018-11-16
    • 近日,天岳碳化硅材料项目在浏阳高新区开工,标志着国内最大的第三代半导体碳化硅材料项目及成套工艺生产线正式开建,也为长沙碳基材料产业发展增添“新引擎”。 据了解,天岳碳化硅材料项目系国内最大的第三代半导体碳化硅材料项目及成套工艺生产线,分两期建设:一期占地156亩,主要生产碳化硅导电衬底,预计年产值可达13亿元;二期主要生产功能器件,包括电力器件封装、模块及装置,新能源汽车及充电站装置、轨道交通牵引变流器、太阳光伏逆变器等,预计年产值达50~60亿元,税收可达5~7亿元。 作为第三代半导体材料的碳化硅,被列入“中国制造2025”规划,是国家战略性新兴产业。而天岳则是中国宽禁带半导体材料领域当之无愧的“独角兽”。 国际先进,主要产品应用众多技术领域 山东天岳晶体材料有限公司的碳化硅半导体材料技术已经达到国际先进水平,个别产品全世界仅有山东天岳和美国一家企业可以批量生产,该产品是支撑关键装备的核心材料,被列入国家战略物资。据介绍,公司自2010年建立,仅用8年时间就成长为国际先进的碳化硅半导体材料高技术企业,其主要产品碳化硅衬底作为新一代半导体材料的代表,广泛应用于电力输送、航空航天、新能源汽车、半导体照明、5G通信等技术领域。 据了解,碳化硅半导体也称第三代半导体,是继硅半导体后发展起来的新一代功率半导体,因其具有高频高压、大功率、耐高温、大幅节能等显著特点和优势,对于保障国家安全,发展高端装备制造,促进产业升级换代都具有重大战略意义,是公认的划时代材料。 宗艳民表示,碳化硅半导体产业在节能环保和智能制造领域大有可为。他举例说,如果用半导体碳化硅LED取代全部白炽灯或部分取代荧光灯,可节省三分之一的照明用电,即1000亿千瓦时。“普通空调外挂机,如果使用碳化硅材料可以减少1/2的体积,同时节能2/3;碳化硅半导体是5G通信和物联网的基础材料,可以说没有碳化硅半导体就无法实现5G和物联网。” 选择长沙,抢占第三代半导体制高地 “碳化硅最大的应用市场在中国,占据全球近一半的使用量,但是我国的碳化硅产业还很不完善,而且长期以来被国外封锁。”宗艳民表示,这种局势要求企业必须自主可控、自谋出路,而这给了天岳扩大规模建设的时代要求,也是落子长沙的原因,“湖南有中车,有国防科大,既有市场需求,又有军民融合基础,落地长沙,符合我们发展选择的需要。” 实际上,长沙正在强力推进新一代半导体产业链建设,上中下游产业落地铸就了产业生态环境,具有一定产业引进的体系优势——作为国家战略性新兴产业,2017年,碳基材料产业链被长沙市委、市政府确立为长沙22个工业新兴及优势产业链之一,并将产业链推进办公室设在浏阳高新区。自成立以来,碳基产业链办公室通过深入研究产业态势、全面推进产业招商、精心培育产业主体、着力完善保障机制等举措,助力产业建链、补链、强链、延链。 “如今,第三代半导体产业发展迎来了前所未有的机遇窗口期,此次落户,我们希望能够抢占第三代半导体制高地,填补长沙在碳化硅产业的空白。”宗艳民表示,公司落户期待稳健推进产业生态建设,为半导体产业发展做出贡献,助力长沙打造国家智能制造中心,“我们的目标是到2020年跻身全球前两位,5-10年时间做到行业内全球第一,实现第三代半导体的中国梦!”