前韩国总统文在寅很早在 5 月 9 日大约 10 分钟的告别演说中就提到了贸易摩擦。
“我不会忘记整个国家如何团结起来克服日本不公平的出口管制带来的危机，”文在寅说。
这些变化意味着日本企业必须单独申请氟化氢、用于极紫外光刻的光刻胶和氟化聚酰亚胺的出口许可证。
METI 表示，它只是在实施通常需要的出口程序。但韩国政府强烈谴责这些措施。韩国将其解释为对 2018 年 10 月最高法院裁决下令现在的新日铁向前韩国战时劳工支付赔偿金的经济报复。
韩国人抵制日本产品以应对出口管制。据说东京和首尔之间的关系已跌至战后最低点。
文在寅访问了韩国芯片制造材料制造商，以争取对国家自给自足的支持。他的政府每年拨出约 2 万亿韩元（按当前汇率计算为 15.5 亿美元）来资助研发，以“化危机为机遇”。
但韩国国际贸易协会的数据与文在寅的言论相矛盾。
氟化氢方面，2019 年 6 月后，从日本进口的价值大幅下降。与 2018 年相比，2020 年下降 86%，2021 年同比反d 34%。2022 年 1 月至 4 月期间，进口量同比增长 30%。
光刻胶进口量在 2020 年实现了两位数的同比增长，而氟化聚酰亚胺的进口量仅略有下降。
“除了氟化氢之外，没有任何特殊影响，”一位日本材料制造商的消息人士说。
2021 年，韩国从日本进口的最大半导体制造设备进口额同比增长 44%，达到 63 亿美元。韩国与日本的贸易逆差全面扩大。
IBK Securities 专门研究材料行业的分析师 Lee Geon-jae 表示：“现有的半导体生产线需要停止以使用替代材料，因此芯片制造商不愿采用额外的本土产品。”
在实现自给自足方面缺乏进展反映在韩国股市。Soulbrain Holdings 建立了生产国产氟化氢的品牌，其股价从 2019 年 6 月开始飙升，一度触及 70000 韩元。最近它已经跌破 20000 韩元，创下六年来的最低点。
与此同时，日本当局的行为显然引起了韩国企业的不信任。
芯片制造巨头三星电子和 SK 海力士痛苦地意识到关闭工厂的风险。这导致向可以替代日本制造材料的供应商提供财政支持和技术转让。
三星从半导体和显示器中获得近 1000 亿美元的年收入——是日本最大的芯片制造商铠侠控股的八倍。三星是日本供应商的主要客户。韩国本土材料供应链将对日本工业造成打击。
现在的焦点转移到韩国新总统尹锡烈政府的下一步行动上。6 月 16 日发布的经济议程中没有提到日本自由供应链或本地化的字眼。
尹锡烈在试图解冻双边关系时可能希望避免激怒日本。但首尔没有理由停止尝试转向国内生产。
“从经济安全的角度来看，本土的材料供应是必要的，”尹锡烈政府内部人士表示。
为韩国打下半导体产业基础的"元老"、前三星电子半导体研究所所长Kim Kwang-gyo愁云满面。Kim Kwang-gyo在接受《韩国经济新闻》采访时表示:"现在是竞争国家如何投资、技术水平如何都一目了然的'开卷'竞争时代,韩国政府似乎把半导体产业看的太轻松了"。Kim Kwang-gyo认为韩国政府层面对半导体产业的投资和支援远远不足。
Kim Kwang-gyo于1979年在三星电子设立第一个半导体研究所,并担任了4年的第一任研究所所长。到2000年代初为止,Kim Kwang-gyo历任三星电子美国普林斯顿研究所所长、韩国半导体显示器技术学会首任会长等职务。
据韩国半导体显示器学会消息，美国政府宣布，从今年开始到2026年为止，将投入105亿美元，培养半导体人才。中国台湾地区制定了每年确保1万名新半导体人才的战略。
Kim Kwang-gyo斩钉截铁地说，“韩国政府首先应该改变对半导体产业的犹豫态度。如果不能解决人力不足或产业规制问题,韩国半导体产业可能会在几年内倒闭。政府和学界等应该积极支援并推动企业发展半导体产业。"
Kim Kwang-gyo还表示，失去半导体第一的位置就等于失去了所有未来增长动力。因为智能手机、 汽车 、机器人等领域的半导体产品数量正在持续增加。预计世界半导体销售额将从去年的702万亿韩元（1人民币约合193韩元）增长到2030年的1268万亿韩元。
三星电子1974年以50万美元收购了韩国半导体,开始了半导体事业。"三星在一开始并没有做好半导体业务。" Kim Kwang-gyo回忆说，在初期,三星电子还被评价为技术能力落后于美国和日本10年以上。"当时甚至有职员说如果被调到半导体,就会辞职,半导体业务的发展环境非常恶劣。"
Kim Kwang-gyo还表示，当时三星电子向日本提出技术合作或技术引进，日方称“你们还没有达到合作的水平”。“那种被蔑视的感受，记忆犹新。”Kim Kwang-gyo回忆称，“在这种情况下，已故三星电子前会长李秉喆表示，总有一天会有机会的， 一定要拿行业第一。从那时开始三星电子集中精力进行技术、人力投资。"
Kim Kwang-gyo表示,持续的投资造就了领先的三星电子， 其中也有运气的成分。20世纪80年代，随着低利率、低油价、低韩元价值等"三低利好"的到来，三星电子半导体的地位迅速上升。
"认真准备才能抓住机会,这一点无论是上世纪7、80年代，还是现在都一样"Kim Kwang-gyo表示，要展望10年后、20年后,从现在一步一步地做准备。
《金融时报》6月26日谈到了日本的半导体人才问题，东芝、索尼等日本最大的半导体制造商警告称，政府振兴国内芯片行业之举正受到工程师短缺的威胁。
在预计出现劳动力短缺之际，日本正努力增加半导体投资，以加强经济安全，应对新冠疫情下，供应链中断和芯片短缺的问题。
上个月，一家电子行业机构在向日本经济产业省发出的呼吁中表示，截至2030年的未来五年是日本半导体行业在多年失去全球市场份额后“重新站稳脚跟的最后也是最大机会”。
日本电子信息技术产业协会表示，该行业的成功取决于能否获得足够的人才来创新和运营其芯片工厂。据估计，在未来10年，8家大型生产商将需要招聘约3.5万名工程师，以跟上投资的步伐。
日本半导体产业协会半导体委员会政策提案工作组负责人、东京科学大学教授Hideki Wakabayashi表示：“人们经常说半导体缺乏，但工程师才是最缺的。”
20世纪80年代末，日本半导体公司大手笔扩大生产，超过了美国，占据全球市场份额的一半以上。但在与华盛顿发生激烈的贸易冲突后，日本将主导地位拱手让给了韩国和中国大陆的公司。
这导致了2008年全球金融危机后工程师的大规模裁员。Hideki Wakabayashi说，这就是今天没有足够资深经验工程师的原因。
闪存制造商铠侠（JEITA工作组的一部分）的经理Toyoki Mitsui表示，大学学习半导体的学生现在倾向于加入金融机构或 科技 公司，因为芯片行业早已失去吸引力。
为了刺激创新和培养未来的员工，东芝、索尼和其他公司正在与全国最好的理科大学合作，并为芯片研究和招聘投入更多资金。
上个月，美国总统乔·拜登和日本首相岸田文雄承诺加强半导体制造能力，并在开发先进芯片方面加强合作。
台积电正与索尼联手，在南部九州岛建设一家价值86亿美元的工厂，计划为该工厂招聘约1700名工人。政府表示，将提供高达4760亿元人民币（35亿美元）的补贴。
越来越多的工厂即将投产。铠侠与其合资伙伴西部数据正斥资近1万亿日元在日本中部建造一家工厂，该工厂将于今年秋季投产。此外，其还会再拨款1万亿日元，在日本北部建造一家定于明年完工的工厂。
瑞萨电子将投资900亿日元，重启2014年关闭的一家工厂，以扩大电动 汽车 用功率半导体的生产。Recruit的顾问Kazuma Inoue指出：“直到20世纪10年代中期，日本在投资和招聘方面一直与世界其他国家存在分歧，尽管全球芯片产业规模已经翻了一番。”
然而Kazuma Inoue表示，很难找到工人。根据日本统计局发布的数据，25岁至44岁的电子元件、设备和电路从业人员数量从2010年的38万人下降到2021的24万人。
东芝电子元件部门的某高管Takashi Miyamori表示：“大多数日本理科学生对IT更感兴趣，而不一定是半导体，全球各地都在争夺最优秀的工程师，我们需要找到提高竞争力的方法。”
随着绿色低碳战略的不断推进,提升能源利用效率和能源转换效率已经成为各行各业的共识,如何利用现代化新技术建成可循环的高效、高可靠性的能源网络,无疑是当前各国重点关注的问题。
值此背景下,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体成为市场聚焦的新赛道。根据Yole预测数据, 2025年全球以半绝缘型衬底制备的GaN器件市场规模将达到20亿美元,2019-2025年复合年均增长率高达12%! 其中,军工和通信基站设备是GaN器件主要的应用市场,2025年市场规模分别为11.1亿美元和7.31亿美元
全球以导电型碳化硅衬底制备的SiC器件市场规模到2025年将达到25.62亿美元,2019- 2025年复合年均增长率高达30%! 其中,新能源汽车和光伏及储能是SiC器件主要的应用市场, 2025年市场规模分别为15.53亿美元和3.14亿美元。
本文中,我们将针对第三代半导体产业多个方面的话题,与国内外该领域知名半导体厂商进行探讨解析。
20世纪50年代以来,以硅(Si)、锗(Ge)为代的第一代半导体材料的出现,取代了笨重的电子管,让以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃。人们最常用的CPU、GPU等产品,都离不开第一代半导体材料的功劳。可以说是由第一代半导体材料奠定了微电子产业的基础。
然而由于硅材料的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低等原因,硅材料在光电子领域和高频高功率器件方面的应用受到诸多限制。因此,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料开始崭露头角,使半导体材料的应用进入光电子领域,尤其是在红外激光器和高亮度的红光二极管方面。与此同时,4G通信设备因为市场需求增量暴涨,也意味着第二代半导体材料为信息产业打下了坚实基础。
在第二代半导体材料的基础上,人们希望半导体元器件具备耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低特性,第三代半导体材料也正是基于这些特性而诞生。
笔者注意到,对于第三代半导体产业各家半导体大厂的看法也重点集中在 “高效”、“降耗”、“突破极限” 等核心关键词上。
安森美中国汽车OEM技术负责人吴桐博士 告诉笔者: “第三代半导体优异的材料特性可以突破硅基器件的应用极限,同时带来更好的性能,这也是未来功率半导体最主流的方向。” 他表示随着第三代半导体技术的普及,传统成熟的行业设计都会有突破点和优化的空间。
英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区应用市场总监程文涛 则从能源角度谈到,到2025年,全球可再生能源发电量有望超过燃煤发电量,将推动第三代半导体器件的用量迅速增长。 在用电端,由于数据中心、5G通信等场景用电量巨大,节电降耗的重要性凸显,也将成为率先采用第三代半导体器件做大功率转换的应用领域。
第三代半导体材料区别于前两代半导体材料最大的区别就在于带隙的不同。 第一代半导体材料属于间接带隙,窄带隙第二代半导体材料属于直接带隙,同样也是窄带隙二第三代半导体材料则是全组分直接带隙,宽禁带。
和前两代半导体材料相比,更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关频率下运行。
随着碳化硅、氮化镓等具有宽禁带特性(Eg>2.3eV)的新兴半导体材料相继出现,世界各国陆续布局、产业化进程快速崛起。具体来看:
与硅相比, 碳化硅拥有更为优越的电气特性 :
1.耐高压 :击穿电场强度大,是硅的10倍,用碳化硅制备器件可以极大地 提高耐压容量、工作频率和电流密度,并大大降低器件的导通损耗
2.耐高温 :半导体器件在较高的温度下,会产生载流子的本征激发现象,造成器件失效。禁带宽度越大,器件的极限工作温度越高。碳化硅的禁带接近硅的3倍,可以保证碳化硅器件在高温条件下工作的可靠性。硅器件的极限工作温度一般不能超过300℃,而碳化硅器件的极限工作温度可以达到600℃以上。同时,碳化硅的热导率比硅更高,高热导率有助于碳化硅器件的散热,在同样的输出功率下保持更低的温度,碳化硅器件也因此对散热的设计要求更低,有助于实现设备的小型化
3.高频性能 :碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的2倍,这决定了碳化硅器件可以实现更高的工作频率和更高的功率密度。基于这些优良的特性,碳化硅衬底的使用极限性能优于硅衬底,可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求,已应用于射频器件及功率器件。
氮化镓则具有宽禁带、高电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、耐辐照等突出优点。 尤其是在光电子器件领域,氮化镓器件作为LED照明光源已广泛应用,还可制备成氮化镓基激光器在微波射频器件方面,氮化镓器件可用于有源相控阵雷达、无线电通信、基站、卫星等军事 或者民用领域氮化镓也可用于功率器件,其比传统器件具有更低的电源损耗。
半导体行业有个说法: “一代材料,一代技术,一代产业” ,在第三代半导体产业规模化出现之前,也还存在着不少亟待解决的技术难题。
第三代半导体全产业链十分复杂,包括衬底→外延→设计→制造→封装。 其中,衬底是所有半导体芯片的底层材料,起到物理支撑、导热、导电等作用外延是在衬底材料上生长出新的半导体晶层,这些外延层是制造半导体芯片的重要原料,影响器件的基本性能设计包括器件设计和集成电路设计,其中器件设计包括半导体器件的结构、材料,与外延相关性很大制造需要通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设计好的器件结构和电路封装是指将制造好的晶圆切割成裸芯片。
前两个环节衬底和外延生长正是第三代半导体生产工艺及其难点所在。我们重点挑选碳化硅、氮化镓两种典型的第三代半导体材料来看,它们的生产制备到底还面临哪些问题。
从碳化硅来看,还需要“降低衬底生长缺陷,以及提高工艺效率” 。首先碳化硅单晶制备目前最常用的是物理气相输运法(PVT)或籽晶的升华法,而碳化硅单晶在形成最终的短圆柱状之前,还需要通过机械加工整形、切片、研磨、抛光等化学机械抛光和清洗等工艺才能成为衬底材料。
这一机械、化学制造过程存在着加工困难、制造效率低、制造成本高等问题。此外,如果再加上考虑单晶加工的效率和成本问题,那还能够保障晶片具备良好的几何形貌,如总厚度变化、翘曲度、变形,而且晶片表面质量(粗糙度、划伤等)是否过关等,这都是碳化硅衬底制备中的巨大挑战。
此外,碳化硅材料是目前仅次于金刚石硬度的材料,材料的机械加工主要以金刚石磨料为基础切割线、切割刀具、磨削砂轮等工具。这些工具的制备难度大,使用寿命短,加工成本高,为了延长工具寿命、提高加工质量,往往会采用微量或极低速进给量,这就牺牲了碳化硅材料制备的整体生产效率。
对于氮化镓来说,则更看重“衬底与外延材料需匹配”的难题 。由于氮化镓在高温生长时“氮”的离解压很高,很难得到大尺寸的氮化镓单晶材料,当前大多数商业器件是基于异质外延的,比如蓝宝石、AlN、SiC和Si材料衬底来替代氮化镓器件的衬底。
但问题是这些异质衬底材料和氮化镓之间的晶格失配和热失配非常大,晶格常数差异会导致氮化镓衬底和外延层界面处的高密度位错缺陷,严重的话还会导致位错穿透影响外延层的晶体质量。这也就是为什么氮化镓更看重衬底与外延材料需匹配的难点。
在落地到利用第三代半导体材料去解决具体问题时,程文涛告诉OFweek维科网·电子工程, 英飞凌的碳化硅器件所采用的沟槽式结构解决了大多数功率开关器件的可靠性问题。
比如现在大多数功率开关器件产品采用的是平面结构,难以在开关的效率上和长期可靠性上得到平衡。采用平面结构,如果要让器件的效率提高,给它加点电,就能导通得非常彻底,那么它的门级就需要做得非常薄,这个很薄的门级结构,在长期运行的时候,或者在大批量运用的时候,就容易产生可靠性的问题。
如果要把它的门级做的相对比较厚,就没办法充分利用沟道的导通性能。而采用沟槽式的做法就能够很好地解决这两个问题。
吴桐博士则从产业化的角度提出, 第三代半导体技术的难点在于有关设计技术和量产能力的协调,以及对长期可靠性的保障。尤其是量产的良率,更需要持续性的优化,降低成本,提升可靠性。
观察当前半导体市场可以发现,占据市场九成以上的份额的主流产品依然是硅基芯片。
但近些年来,“摩尔定律面临失效危机”的声音不绝于耳,随着芯片设计越来越先进,芯片制造工艺不断接近物理极限和工程极限,芯片性能提升也逐步放缓,且成本不断上升。
业界也因此不断发出质疑,未来芯片的发展极限到底在哪,一旦硅基芯片达到极限点,又该从哪个方向下手寻求芯片效能的提升呢?笔者通过采访发现,国内外厂商在面对这一问题时,虽然都表达出第三代半导体产业未来值得期待,但也齐齐提到在这背后还需要重点解决的成本问题。
“目前硅基半导体从架构上、从可靠性、从性能的提升等方面,基本上已经接近了物理极限。第三代半导体将接棒硅基半导体,持续降低导通损耗,在能源转换的领域作出贡献,” 程文涛也为笔者描述了当前市场上的一种现象:可能会存在一些定价接近硅基半导体的第三代半导体器件,但并不代表它的成本就接近硅基半导体。因为那是一种商业行为,就是通过低定价来催生这个市场。
以目前的工艺来讲,第三代半导体的成本还是远高于硅基半导体 ,程文涛表示:“至少在可见的将来,第三代半导体不会完全取代第一代半导体。因为从性价比的角度来说,在非常宽的应用范围中,硅基半导体目前依然是不二之选。第三代半导体目前在商业化上的瓶颈就是成本很高,虽然在迅速下降,但依然远高于硅基半导体。”
作为中国碳化硅功率器件产业化的倡导者之一,泰科天润同样也表示对第三代半导体产业发展的看好。
虽然碳化硅单价目前比硅高不少,但从系统整体的角度来看,可以节约电感电容以及散热片。如果是大功率电源系统整体角度看成本未必更高,同时还能更好地提升效率。 这也是为什么现阶段虽然单器件碳化硅比硅贵,依然不少领域客户已经批量使用了。
从器件的角度来看,碳化硅从四寸过度到六寸,未来往八寸甚至十二寸发展,碳化硅器件的成本也将大幅度下降。据泰科天润介绍,公司新的碳化硅六寸线于去年就已经实现批量出货,为客户提供更高性价比的产品,有些产品实现20-30%的降价幅度。除此之外,泰科天润耗时1年多成功开发了碳化硅减薄工艺,在Vf水平不变的情况下,可以缩小芯片面积,进一步为客户提供性价比更高的产品。
泰科天润还告诉笔者:“这两年随着国外友商的缺货或涨价,比如一些高压硅器件,这些领域已经出现碳化硅取代硅的现象。随着碳化硅晶圆6寸产线生产技术的成熟,8寸晶圆的发展,碳化硅器件有望与硅基器件达到相同的价格水平。”
吴桐博士认为, 目前来看在不同的细分市场,第三代半导体跟硅基器件是一个很好的互补,也是价钱vs性能的一个平衡。随着第三代半导体的成熟以及成本的降低,最终会慢慢取代硅基产品成为主流方案。
那么对于企业而言,该如何发挥第三代半导体的综合优势呢?吴桐博士表示,于安森美而言,首先是要垂直整合,保证稳定的供应链,可长期规划的产能布局以及达到客观的投资回报率其次是在技术研发上继续发力,比如Rsp等参数,相比行业水准,实现用更小的半导体面积实现相同功能,这样单个器件成本得以优化第三是持续地提升FE/BE良率,等效的降低成本第四是与行业大客户共同开发定义新产品,保证竞争力以及稳定的供需关系最后也是重要的一点,要帮助行业共同成长,蛋糕做大,产能做强,才能使得单价有进一步下降的空间。
第三代半导体产业究竟掀起了多大的风口?根据《2020“新基建”风口下第三代半导体应用发展与投资价值白皮书》内容:2019年我国第三代半导体市场规模为94.15亿元,预计2019-2022年将保持85%以上平均增长速度,到2022年市场规模将达到623.42亿元。
其中,第三代半导体衬底市场规模从7.86亿元增长至15.21亿元,年复合增速为24.61%,半导体器件市场规模从86.29亿元增长至608.21亿元,年复合增速为91.73%。
得益于第三代半导体材料的优良特性,它在 光电子、电力电子、通讯射频 等领域尤为适用。具体来看:
光电子器件 包括发光二极管、激光器、探测器、光子集成电路等,多用于5G通信领域,场景包括半导体照明、智能照明、光纤通信、光无线通信、激光显示、高密度存储、光复印打印、紫外预警等
电力电子器件 包括碳化硅器件、氮化镓器件,多用于新能源领域,场景包括消费电子、新能源汽车、工业、UPS、光伏逆变器等
微波射频器件 包括HEMT(高电子迁移率晶体管)、MMIC(单片微波集成电路)等,同样也是用在5G通信领域,不过场景则更加高端,包括通讯基站及终端、卫星通讯、军用雷达等。
现阶段,欧美日韩等国第三代半导体企业已形成规模化优势,占据全球市场绝大多数市场份额。我国高度重视第三代半导体发展,在研发、产业化方面出台了一系列支持政策。国家科技部、工信部等先后开展了“战略性第三代半导体材料项目部署”等十余个专项,大力支持第三代半导体技术和产业发展。
早在2014年,工信部发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》提出设立国家产业投资基金,重点支持集成电路等产业发展,促进工业转型升级,同时鼓励社会各类风险投资和股权投资基金进入集成电路领域在去年全国人大发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,进一步强调培育先进制造业集群,推动集成电路、航空航天等产业创新发展。瞄准人工智能、量子信息、集成电路等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。
具体来看当前主要应用领域的发展情况:
1.新能源汽车
新能源汽车行业是未来市场空间巨大的新兴市场,全球范围内新能源车的普及趋势明朗。随着电动汽车的发展,对功率半导体器件需求量日益增加,成为功率半导体器件新的经济增长点。得益于碳化硅功率器件的高可靠性及高效率特性,在车载级的电机驱动器、OBC及DC/DC部分,碳化硅器件的使用已经比较普遍。对于非车载充电桩产品, 由于成本的原因,目前使用比例还相对较低,但部分厂商已开始利用碳化硅器件的优势,通过降低冷却等系统的整体成本找到了市场。
2.光伏
光伏逆变器曾普遍采用硅器件,经过40多年的发展,转换效率和功率密度等已接近理论极限。碳化硅器件具有低损耗、高开关频率、高适用性、降低系统散热要求等优点,将在光伏新能源领域得到广泛应用。例如,在住宅和商业设施光伏系统中的组串逆变器里,碳化硅器件在系统级层面带来成本和效能的好处。
3.轨道交通
未来轨道交通对电力电子装置,比如牵引变流器、电力电子电压器等提出了更高的要求。采用碳化硅功率器件可以大幅度提高这些装置的功率密度和工作效率,有助于明显减轻轨道交通的载重系统。目前,受限于碳化硅功率器件的电流容量,碳化硅混合模块将首先开始替代部分硅IGBT模块。未来随着碳化硅器件容量的提升,全碳化硅模块将在轨道交通领域发挥更大的作用。
4.智能电网
目前碳化硅器件已经在中低压配电网开始了应用。未来更高电压、更大容量、更低损耗的柔性输变电将对万伏级以上的碳化硅功率器件具有重大需求。碳化硅功率器件在智能电网的主要应用包括高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器、电力电子变压器等装置中。
第三代半导体自从在2021年被列入十四五规划后,相关概念持续升温,迅速成为超级风口,投资热度高居不下。
时常会听到业内说法称,第三代半导体国内外都是同一起跑线出发,目前大家差距相对不大,整个产业发展仍处于爆发前的“抢跑”阶段,对国内而言第三代半导体材料更是有望成为半导体产业的“突围先锋”,但事实真的是这样吗?
从起步时间来看,欧日美厂商率先积累专利布局,比如 英飞凌一直走在碳化硅技术的最前沿,从30年前(1992年)开始包含碳化硅二极管在内的功率半导体的研发,在2001年发布了世界上第一款商业化碳化硅功率二极管 ,此后至今英飞凌不断推出了各种性能优异的碳化硅功率器件。除了产品本身,英飞凌在2018年收购了Siltectra,致力于通过冷切割技术优化工艺流程,大幅提高对碳化硅原材料的利用率,有效降低碳化硅的成本。
安森美也是第三代半导体产业布局中的佼佼者,据笔者了解, 安森美通过收购上游碳化硅供应企业GTAT实现了产业链的垂直整合,确保产能和质量的稳定。同时借助安森美多年的技术积累以及几年前收购Fairchild半导体基因带来的技术补充,安森美的碳化硅技术已经进入第三代,综合性能在业界处于领先地位 。目前已成为世界上少数提供从衬底到模块的端到端碳化硅方案供应商,包括碳化硅球生长、衬底、外延、器件制造、同类最佳的集成模块和分立封装方案。
具体到技术上, 北京大学教授、宽禁带半导体研究中心主任沈波 也曾提出,国内第三代半导体和国际上差距比较大,其中很重要的领域之一是碳化硅功率电子芯片。这一块国际上已经完成了多次迭代,虽然8英寸技术还没投入量产,但是6英寸已经是主流技术,二极管已经发展到了第五代,三极管也发展到了第三代,IGBT也已进入产业导入前期。
另外车规级的碳化硅MOSFET模块在意法半导体率先通过以后,包括罗姆、英飞凌、科锐等国际巨头也已通过认证,国际上车规级的碳化硅芯片正逐渐走向规模化生产和应用。反观国内,目前真正量产的主要还是碳化硅二极管,工业级MOSFET模块估计到明年才能实现规模量产,车规级碳化硅模块要等待更长时间才能量产。
泰科天润也直言,国内该领域仍处于后发追赶阶段:器件方面,从二极管的角度, 国产碳化硅二极管基本上水平和国外差距不大,但是碳化硅MOSFET国内外差距还是有至少1-2代的差距 可靠性方面,国外碳化硅产品市场应用推广较早,积累了更加丰富的应用经验,对产品可靠性的认知,定义以及关联解决可靠性的方式都走得更前一些,国内厂家也在推广市场的过程中逐步积累相关经验产业链方面,国外厂家针对碳化硅的材料优势,相关匹配的产业链都做了对应的优化设计,使之能更加契合的体现碳化硅的材料优势。
OFweek维科网·电子工获悉,泰科天润在湖南新建的碳化硅6寸晶圆产线,第一期60000片/六寸片/年。此产线已经于去年实现批量出货,2022年始至4月底已经接到上亿元销售订单。 作为国内最早从事碳化硅芯片生产研发的公司,泰科天润积累了10余年的生产经验,针对特定领域可以结合自身的研发,生产和工艺一体化,快速为客户开发痛点新品 ,例如公司全球首创的史上最小650V1A SOD123,专门针对解决自举驱动电路已经替换高压小电流Si FRD解决反向恢复的痛点问题而设计。
虽然说IDM方面,我国在碳化硅器件设计方面有所欠缺,少有厂商涉及于此,但后发追赶者也不在少数。
就拿碳化硅产业来看,单晶衬底方面国内已经开发出了6英寸导电性碳化硅衬底和高纯半绝缘碳化硅衬底。 山东天岳、天科合达、河北同光、中科节能 均已完成6英寸衬底的研发,中电科装备研制出6英寸半绝缘衬底。
此外,在模块、器件制造环节我国也涌现了大批优秀的企业,包括 三安集成、海威华芯、泰科天润、中车时代、世纪金光、芯光润泽、深圳基本、国扬电子、士兰微、扬杰科技、瞻芯电子、天津中环、江苏华功、大连芯冠、聚力成半导体 等等。
OFweek维科网·电子工程认为,随着我国对新型基础建设的布局展开和“双碳”目标的提出,碳化硅和氮化稼等第三代半导体的作用也愈发凸显。
上有国家支持政策,下有新能源汽车、5G通信等旺盛市场需求, 我国第三代半导体产业也开始由“导入期”向“成长期”过渡,初步形成从材料、器件到应用的全产业链。但美中不足在于整体技术水平还落后世界顶尖水平好几年,因此在材料、晶圆、封装及应用等环节的核心关键技术和可靠性、一致性等工程化应用问题上还需进一步完善优化。
当前,全球正处于新一轮科技和产业革命的关键期,第三代半导体产业作为新一代电子信息技术中的重点组成部分,为能源革命带来了深刻的改变。
在此背景下,OFweek维科网·电子工程作为深耕电子产业领域的资深媒体,对全球电子产业高度关注,紧跟产业发展步伐。为了更好地促进电子工程师之间技术交流,推动国内电子行业技术升级,我们继续联袂数十家电子行业企业技术专家,推出面向电子工程师技术人员的专场在线会议 「OFweek 2022 (第二期)工程师系列在线大会」 。
本期在线会议将于6月22日在OFweek官方直播平台举办,将邀请国内外知名电子企业技术专家,聚焦半导体领域展开技术交流,为各位观众带来技术讲解、案例分享和方案展示。
日本这个国家，对于我们来讲，感觉是极其复杂的，但是在制造业创新技术这块，日本有许多值得我们学习之处。别的不说，日本的化工，电子， 汽车 ，实力雄厚，并且占据市场主导地位。就拿化工中的重点催化剂来说，日本触媒技术大型企业诸如三井、三菱等，它们在光催化，环境催化以及石化催化领域都有技术优势，同时还包括成套化工机械装备，具体就不说了，其实化工的发展真的很重要，这是许多原材料的重要来源。好了扯远了，回到芯片上来。
芯片发展要看半导体产业。全球半导体产业 1950s 起源于美国，于 1970s-1980s 完成了第一次由美国到日本的产业转移。在产业转移期间日本由政府牵头，企业和研究机构共同协力取得了巨大的技术成果。日本最厉害的产业就是DRAM（Dynamic RandomAccess Memory，动态随机存取记忆体）凭借高性价比，迅速占领市场。1989 年日本芯片在全球的市场占有率达 53%，次年日本已占据全球存储芯片超过 50%的市场份额，在全球十大半导体企业中占据了六个席位，这其中的大厂我们都听说或者使用过，比如NEC、东芝、富士通、三菱、日立等等。到了2000左右，日本半导体产业正式走向衰落，许多半导体企业合并或者破产重组。总的来讲日本的半导体发展经历了三个阶段，发展阶段（1970s）、全盛阶段（1980s）、凋落阶段（1990s）、转型阶段（2000s）四个阶段，此后阵地开始转向韩国和台湾等地，也就是目前我们看到的半导体企业主力三星、LG大厂以及现在的联发科。
俗话说瘦死的骆驼比马大，何况这骆驼还没骨瘦如柴。这些年，日本一直在深耕整个芯片产业。在细分市场上，IC元器件领域，索尼以其多年在CMOS图像传感器市场位于全球第一(30%以上)，索尼的堆栈式结构谁人不知，看看大家的手机摄像头，瑞萨在 汽车 半导体领域处于全球领先地位，东芝的NAND闪存芯业务居于世界第二(目前被西数收购)；在半导体相关精密制造设备领域东京电子是全球第二大芯片设备制造商，此外还有多家有技术实力的大型半导体设备提供商。再来说说芯片上游产业，生产芯片需要19种必须材料，而日本在其中14种材料中占据50%以上的份额，在半导体装备领域东京电子、尼康、佳能市场占有率不俗。软银在 2016 年以 240 亿英镑 (约 309 亿美元) 金额，并购英国半导体设计大厂ARM。所以，虽然日本在手机芯片领域一般，但是在专用细分领域，还是十分强大的，并且掌握了上游的核心 科技 。当然这些技术实力表现到了诸如任天堂 游戏 机，尼康、佳能相机，以及高端电子显微镜等等这些我们日常生活中比较常见的用品上，而我们的体验是它们确实不错。
最后，还是想说无论现在怎样，未来一定要把握住，要共同努力将我们的制造业做大做强，摆脱受制于人的局面。
个人观点，欢迎讨论关注！
芯片领域是美国开端，目前也是美国的近乎垄断了芯片市场，日本芯片领域曾经也和美国一样在全球市场非常厉害，但后面没落了，现在转而提供制造芯片的原材料，芯片原材料做的非常好。
1、日本芯片的光荣年代
在20世纪的70年代开始，日本的芯片发展非常的快，而且在全球领域和美国并驾齐驱。
这个阶段日本以DRAM为核心，在全球快速取代了美国地位，到了90年代末，日本的芯片的市场份额高达53%，美国占37%，这一阶段日本芯片的光辉时刻。
这时候日本芯片的龙头是日立、三菱、富士通、东芝、日本电器这五大公司。
但是，日本的芯片慢慢停滞了，被台湾韩国赶超，到2000年，日本DRAM份额不到10%。
2、日本芯片转而到芯片材料领域
日本的芯片最后转而到芯片材料领域，日本已经成了全球最大的半导体材料生产国，全球最主要的半导体材料输出国。
千万别以为芯片材料领域就是没有任何技术门槛，芯片材料的技术门槛非常高，目前在芯片需要的高 科技 材料中，19种最主要的高 科技 材料中，日本有14种材料占据了绝对优势，占据了高达50%以上的市场份额。
比如材料包括硅晶圆、合成半导体晶圆、光罩、光刻胶、靶材料等等。
你认为中国芯片领域华为能发展起来吗？
日本能做制造芯片焊接的设备，就是那种小芯片，指甲盖那么大的那种，而且质量很好，精度很高，以前我在江苏一家电子厂上过班，里面设备有美国，新加坡，日本的，日本的是最好的，越精密的它做的越好，对了那家电子厂还是一个国企，华润集团下面的，那个设备有的用的都旧的很了，但是就是不坏！这个是真的，那个设备好像是东芝做的，我是零几年在哪里上班，设备老得都有十多年了，但是还是好得很，新加坡的设备也不错，比美国的好，美国的最贵，做的快，就是老坏，就是做芯片几年的线路连接的，那个线还是用金丝做的，纯金丝，也是进口的，有很多国产品牌芯片，在哪加工做，用的是银和铜，我是2013年离开的，在哪里干了三年，刚好就是在芯片焊接那个工序，当时我就知道为啥国产东西便宜了，现在那个厂都还在，
芯片的发展，一言以蔽之：起于美国、发展于日本，将来看中国！
这不是热血之言，真的，且听我道来。
美国是芯片的鼻祖，那也不用多说了，大家都知道。
日本曾经在上世纪80年代，一跃成为芯片强国，力压美国（也就是有名的美日DRAM之争，具体我就不详述了，可百度）。
后来，美帝看到势头不对了，要是让日本赶超，老大地位不保，那还得了？于是在1989年，成立了“国家半导体咨询委员会”，通过一系列整合，最后又重回芯片霸主。
那么，日本是怎么迎头赶上的呢？
跟它的几个计划有关：
1、60年代的“超高性能计算机开发计划”
2、70年代的“阳光计划”和“月光计划”，对国内实行保护主义，限制芯片的进口，刺激了国内芯片业的迅猛发展，所以有了超大规模集成电路的VLSI项目，当时参与的企业，全部是今天耳熟能详的大牌：富士通、日立、三菱、东芝等。
短短几年时间，就成就了“DRAM”时代。
但是，成也DRAM，败也DRAM，到了90年代，三星的崛起，从此，芯片的重心就转向韩国，以及台湾了。
插个插曲，在80年代，日本签订了“日本半导体协议”，用来应对美国倾销的指控。（跟今天美国对中国的戏码，何其相似啊，美国现在看到中国在AI芯片上的潜力，又来老一套了）。
进入本世纪，日本芯片业调整，提出半导体MIRAI计划，大学和政府联合“产管学”，并实施了数十个产业集群计划。
所以，总结来看，在芯片领域，日本目前肯定是没法和美国、韩国等抗衡，但它的底子还在，依然能够在全球排上老三、老四的位置。
像比如索尼的CMOS图像传感器、瑞萨的 汽车 电子、三菱的功率半导体（IGBT模块），它们在世界上依然具有强势的地位。
说说咱们中国。
咱们国家虽然一直无“芯”之痛，但现在不大一样了，可能让中国在芯方面得以崛起的，是“AI芯片”。像国内现在比如 寒武纪 这类的公司，以神经网络芯片为方向，将来它在AI领域的应用，可能会使中国在人工智能芯片上弯道超车。
这不仅仅只是技术发展的规律，只要稍微研究下全球的地缘技术移动规律，都有理由相信，下一站，是中国。
且拭目以待吧。
这些年，日本一直在深耕整个芯片产业，虽然在芯片成品市场上日本没法和美国韩国相比，也没有出现过一家世界级的芯片公司。但是在专用细分领域，日本始终牢牢掌握了上游的核心技术，很多方面都是遥遥领先。在芯片生产的上游产业链必须的19种材料当中，日本企业在14种材料中占据的市场份额都超过了50%，芯片细分领域的技术实力强悍，并且索尼在IC元件领域绝对领先，东京电子也是全球第二大芯片设备制造商，其他大型半导体设备供应商实力也不俗。
芯片技术的发展依赖于半导体产业，而半导体产业的发源地就是美国，在上世纪七八十年代，日本的半导体产业曾获得了飞速的发展，出现了像东芝、富士通、三菱、日立等世界级巨头企业，在1989年的时候，日本芯片在全球市场占有率高达53%，日本的芯片产业发展到了顶峰，全球十大半导体企业中占据了六席，半导体装备领域东京电子、尼康、佳能市场占有率很高。再后来全球半导体产业逐渐转移到韩国和中国台湾，现在最著名的芯片企业是三星、台积电以及联发科，这三家企业在芯片领域有着无法取代的地位。
作为一个技术制造强国，日本在芯片领域没法跟美国相比，但在细分市场上，依然领先全球，有着自己的核心制造技术， 所以即便现在的日本有些许衰败，也只是因为处于一个转型期罢了。
日本的芯片技术在世界上是什么水平？半导体这个事物由美国开端，逐渐扩散转移，日本也是重要的受益者，曾经在芯片技术上及市场上可以与美国并驾齐驱。虽然随着半导体产业从美国转移到日本，日本后来又转移到韩国台湾地区，慢慢地日本芯片业有所下降。但并不能就此认为日本的芯片业就衰落，日本是个格外细致的国家，能够向别人所想不到的事情，不可忽视。比如：制造芯片的材料，日本可是大赢家。
在上世界70年代开始，由日本通产省牵头由日立、三菱、富士通、东芝、日本电器等五大公司为骨干开始进行半导体产业核心共性技术的突破。主要以DRAM为突破点，逐步发展到顶峰，以各种竞争战略渗透美国市场，并且在全球快速取代了美国成为DRAM主要供应国。到80年代末期90年代初，日本的芯片业在全球达到了鼎盛时期占据了绝对的优势地位，全球市场占有率高达53%，美国占37%，欧洲站12%，韩国1%，其它地区1%，全球半导体企业前十大中，日本独占六席，可见日本芯片业之强大。
随着芯片产业向韩国、台湾地区的转移，再加上新型通信设备的快速发展，再加上日本产业成本高昂以及国内经济的滞步不前，芯片业也受到了严重的影响，逐渐被韩国台湾等所追赶或取代。到2000年，日本DRAM所占份额已经跌至不足10%。
但是日本人却又开辟了另一个市场，那就是制造芯片的材料。到目前为止，都还没有任何一个国家地区的芯片材料可以和日本媲美。日本是全球最大的半导体材料生产国，全球最主要的半导体材料输出国。很多以前传说的日本到中国来像收垃圾一样收我们的原材料，转手就高价卖给我们赚得盆满钵满。
生产芯片所需要的材料具有极高的技术壁垒，在主要的19中必须材料中，日本在其中14种原材料中均占有绝对的优势，高达50%以上的份额。包括：硅晶圆、合成半导体晶圆、光罩、光刻胶、药、靶材料、引线架、陶瓷板、塑料板、TAB、COF、焊线、封装材料等。
日本人做事具有极强的计划性、而且非常细致、专注、善于延伸。做芯片，除了技术还需要具有匠人精神、专注，所以产品品质相当高。当芯片市场跌落时，却又在材料领域占据了全球优势。说不定当我们还没有想到时，日本在另外的点上又开始了攻关，当我们醒悟时别人又具有领先地位。这个民族，还是需要仔细研究的。
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最近，日本电信运营商先后恢复华为手机销售，而在此之前，以东芝，松下为首的日本企业也不约而同地站出来辟谣，声称从未和华为中止过合作，甚至还补充道：今后也将继续以 科技 为中国的可持续发展贡献绵薄之力。
一时间，此前不被看好的日本企业居然集体站华为，这样的情况想必也是出乎大多数人意料了，但如果仔细想一想的话，日本企业之所以这么做，其实也不难理解，怎么说呢？这还得从上个世纪五十年代说起。
在美国的扶持之下，什么索尼，东芝，松下，夏普之类的日本本土公司如雨后春笋一般先后诞生，他们的晶体管产品：电视，收音机凭借着低廉价格很快占领了日本市场，起初，美国人对于日本企业的成就并不在意，因为他们知道晶体管只是一种过渡技术，未来属于集成电路，二者的差距至少在10年以上。
可日本企业又怎会满足于此？到了1980年代，IBM公司推出了容量达到1兆的存储芯片，而此时的日本生产的芯片容量却只有1KB，两者相差了1024倍，这件事情在极大程度上刺激到了日本产业，从那以后，日本发起了联合研发计划，东芝，三菱，日立，富士通，日本电气等 科技 巨头被牵线在一起，集中力量攻关技术。
不得不说，他们的效率很高，仅四年后，日本企业便修成正果，达到了可以媲美西方的技术水平，在此之前，日本产品就是低质廉价的代名词，直到惠普公司的一次招标，状况才出现反转，美日各派出三家企业前去竞标，结果一出，所有人大吃一惊，大概连日本人自己都不敢相信，在技术方面，两方平分秋色，而在不合格率方面，美国企业竟是日本企业的6倍之多，当然最让美国企业受不了的是，在这个前提下，日本产品的报价却还便宜10%。
随后一段时间，日本产品迅速席卷美国乃至全球市场，如梦初醒的美国人这才发现，自己已经习惯的企业单打独斗根本无力和集中力量的方式去抗衡，当时，包括英特尔在内的美国巨头企业，都面临着倒闭的情况。
日本企业可算是扬眉吐气了几年，可没多久，美国便成立了半导体行业协会，使出了三个多年后仍屡试不爽的大招：状告日本企业偷窃美国技术，威胁国家安全，以及渲染日本 科技 威胁论，是不是有些眼熟？后来的事情，大家都知道了，日本企业在经历这么一番折腾之后，再也没站起来。
华为麒麟海思还需要购买日本的技术，不是日本落后，他们受制于人不能发展这方面，不然芯片市场出现如今的局面。
上世纪日本半导体行业被美国严重打击，技术被三星分食。
日本在整个芯片行业发展的 历史 中，是重资产、“大力出奇迹”的典型代表，得益于上个世纪在半导体制造方面的领先地位，在今天，日本依然牢牢扼守半导体产业供应链上游，在全球的半导体材料与设备产业保持长期的绝对优势，且打造了不可替代的高端精品被动元器件产业群。但到芯片制造领域同样在上个世纪被美国打压，技术上也被三星瓜分。以台积电为代表的晶圆代工模式的出现，解放了Fabless公司的设计生产力和创造力，“慢节奏、精品化”的日本集成电路设计公司逐渐被组织更灵活、更富有创造力、更积极试错的Fabless蚕食，渐渐退守准入门槛较高的特殊细分领域。
虽然芯片制造领域关键的半导体终端日本已不具优势，但是生产硅晶圆以及晶圆代工环节所需要的大量材料(光刻胶，掩模版，高纯度的氟化氢气体等)也是被日本垄断的。这就是为什么日韩贸易战会把韩国三星搞得狼狈不堪，韩元兑日元汇率急剧贬值。韩国的半导体虽然很强，但半导体的上游产业始终被日本牢牢控制住了。
总体来说，日本半导体强过，但是因为国家没有主权而被打击到死。不完全是，日本在半导体上被韩国和台湾地区赶超后，进一步往上游产业发展了。半导体最重要原材料是硅晶圆，而日本的信越和胜高两家企业共计占了全球硅晶圆市场的53%左右。因此没有理由说日本的芯片完全技术落后还是先进，从不同方面看得出的结论是不同的。
华为的手机都是日本人研究的，所以，麒麟处理器等于也是日本的芯片。按照麒麟处理器在国际排名前三来看，那么日本芯片也是前几的水平了。
当然，这是亚洲通讯社社长徐静波的话，我们是不敢苟同的！比较，我们不是精日的人。那么，我们从实际出发，到底日本芯片表现如何呢？
我们以为华为发展迅速，但是在半导体市场。日本是处在绝对上游的位置，而且在全球半导体原材料市场上有52%的份额。而且在15类芯片的关键设备上，平均份额达到了40%。
当然，现在的日本芯片已经不如它在八九十年代那么厉害了，但是日本芯片的发展已经慢慢的走下坡路，可是如果我们讲到数码芯片，那么最厉害的还属日本，比如尼康，佳能等等。
这里尤其提到索尼芯片，它是大部分cmos的厂商，所以日本芯片并不是发展不行，而是人家将高端抓在了手里，这才是重点。
日本的 科技 水平不亚于美国，但为什么在人们的印象中，美国才是 科技 王国。一是源于日本一贯不言声张，因为有二战一张大网罩着，二是因为日本是二战战败国，它的正常国家梦虽然是梦魅以求，但二战战胜国对它的诉求有种种限制，日本自然早已看到了这点，所以总是以小动作，小动静谋各项发展，一般不示人，不张扬，其实日本的髙 科技 十分发达，军工，精密仪器，机床，造船，电子工业，航空航天，核工业（核储存量聚世界前列），其中日本的芯片（含光刻机）虽不及荷兰，但绝对领先德国和亚洲各国，所以不能误以为日本在芯片方面不是绝对领先者就忽视了日本的潜能和政治野心，可以说日本就象冬眠的蛇，一旦逢合适气候，苏醒之后它必定会咬人，决不可以掉以轻心，忘了身边仍躺着一具猛兽，，，，
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