第3代半導體仍被外國壟斷 中國國防所需嚴重受限

MOCVD系統(tǒng)的需求量不斷增長，而我國幾乎全部依賴進口。

由于我國在第三代半導體材料相關研究領域起步較晚，目前在材料的自主制備上仍面臨難關。同時，我國對基礎的材料問題關注度不夠；一旦投入與支持的力度不夠，相關人才便很難被吸引，人才隊伍建設的問題也將逐漸成為發(fā)展瓶頸。

夜幕降臨的北京，你若有機會乘車路過北四環(huán)，都會被那光芒四射、異彩紛呈的鳥巢、水立方所吸引，甚至忍不住駐足欣賞。

這些流光溢彩建筑的背后，主要得益于半導體照明技術的充分運用。

可惜的是，水立方44萬套LED照明設備、鳥巢約25.8萬套LED照明設備都采購自美國科銳（CREE）公司，難覓“國產(chǎn)”的蹤影。

實際上，隨著第三代半導體材料成為全球半導體研究的前沿和熱點，我國在半導體材料發(fā)光器件、微波功率器件等關鍵研究領域正迎頭趕上，甚至開始試產(chǎn)、試用，然而與國外同行相比，差距猶存。

“最大的瓶頸是什么？是原材料�！敝袊�科學院半導體研究所研究員、中國電子學會半導體與集成技術分會秘書長王曉亮在接受《中國科學報》記者采訪時說，原材料的質(zhì)量、制備問題，亟待破解。

“寬禁帶”前景廣闊

材料、信息、能源構筑的當代文明社會，缺一不可。中科院院士、半導體物理專家黃昆與夏建白曾指出，“半導體不僅具有極其豐富的物理內(nèi)涵，而且其性能可以置于不斷發(fā)展的精密工藝控制之下”，可謂是“最有料”的材料。

相比第二代半導體材料（以砷化鎵和磷化銦為代表），以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶半導體材料具有功率密度大、體積小、質(zhì)量輕的性質(zhì)，應用前景廣闊，被認為是第三代半導體材料。

“尤其是在半導體照明和微波功率器件等方面，許多國家都在新一代半導體材料上加緊部署，不甘落后�！蓖鯐粤帘硎�，半導體白光照明號稱“繼愛迪生發(fā)明燈泡之后的第二次照明革命”。

目前，半導體發(fā)光器件的應用范圍之廣，覆蓋了幾乎人們可見到的各類信號燈、車內(nèi)照明、信息屏、彩色顯示設備，甚至實現(xiàn)白光照明。

半導體照明產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長吳玲認為，在未來的數(shù)年內(nèi)，中國有機會成為世界半導體照明的產(chǎn)業(yè)強國。

王曉亮告訴記者，氮化鎵的功率密度是砷化鎵的10~30倍；另外它的極限工作溫度也比較高，這弱化了散熱的問題。使用該材料制備的微波功率器件，將能夠更好地用于通信、雷達、手機基站、信息處理、自動化控制等關鍵領域。

“在微波功率器件上的應用，是各國爭奪的戰(zhàn)略高地。”王曉亮說，這些無論是在軍用領域還是在民用市場，都非常重要。

以寬禁帶半導體材料制備的新一代電力電子器件損耗更低，效率更高，有望在“智能電網(wǎng)”工程中一展身手。王曉亮對記者說，新一代的電力電子器件（如氮化鎵和碳化硅材料的功率開關）將會在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)發(fā)揮節(jié)能效用，降低電力損耗。

跨越發(fā)展的契機

“如果我們能抓住以氮化物為代表的寬禁帶半導體材料發(fā)展的機遇，將提供給我們實現(xiàn)跨越發(fā)展的契機�！蓖鯐粤帘硎�。

毫無疑問，我國作為世界上最大的電子產(chǎn)品設備生產(chǎn)和消費國及最大的半導體材料消費國，在半導體材料方面實現(xiàn)跨越式發(fā)展，戰(zhàn)略意義重大。

“在崛起發(fā)展的過程中，一些西方國家從未間斷對我國的騷擾，竭力遏制我們的發(fā)展。軍事、經(jīng)濟、貨幣等方面的壓制，歸結起來都是科技力量的角逐�！蓖鯐粤琳f，只有依靠科技創(chuàng)新，才有自主保障，才不會被別有用心的勢力所牽制。

據(jù)王曉亮介紹，美國早在1993年就已經(jīng)研制出第一支氮化鎵的材料和器件，而我國最早的研究隊伍——中國科學院半導體研究所在1995年也起步該方面的研究，并于2000年做出HEMT結構材料（高電子遷移率晶體管）。

自此之后，半導體所成績斐然，先后合作研制出我國第一支GaN基HEMT器件、第一支GaN基X波段微波功率器件、第一塊GaN基微波單片集成電路等等。

經(jīng)過多年的創(chuàng)新研究，我國在一些研究中也逐漸躋身前列，例如我國中科院半導體所研制的AlGaN/GaN結構的室溫遷移率超過2100cm2/v·s，具有世界領先水平。

“國外比我們先行一步，我們承認差距，但是我們要本著‘引進—消化—吸收—創(chuàng)新’的科學態(tài)度，學習他們的先進經(jīng)驗，節(jié)約我們的資源和時間成本，跨越發(fā)展，最終通過自主創(chuàng)新實現(xiàn)超越�！蓖鯐粤琳f。

自主制備面臨難關

王曉亮告訴記者，我國目前在第三代半導體材料的自主制備上仍面臨難關。

湖南大學應用物理系副教授曾健平撰文指出，目前我國對SiC晶元的制備尚為空缺，實驗的材料多來自于美國，新材料的制備需要新的生產(chǎn)線及新的工藝，而當前的情況是，我國的大多數(shù)設備都靠國外進口。

MOCV