宽禁带半导体有望锻造产业长板

近年来，随着符合摩尔定律的半导体集成电路技术逐渐趋近硅半导体材料的物理极限，以化合物半导体材料，特别是宽禁带化合物半导体（即第三代半导体）材料为代表的半导体新材料快速崛起，其重要性和战略地位得到广泛重视。宽禁带半导体是实现“双碳”目标的重要支撑，是国家重大战略需求和经济高质量发展的必然选择，是全球半导体科学技术研究的前沿领域和新的产业竞争焦点，是最适合中国目前发力的半导体技术和产业领域之一。

我国在市场和应用领域有战略优势，正在形成完善的产业链条，而国际巨头还未形成专利、标准和规模的完全垄断，有机会实现宽禁带半导体的核心技术突破和产业战略引领，重塑全球半导体产业格局。

尽管我国在宽禁带半导体技术和产业上与国际最先进水平尚有一定差距，但应用驱动的发展模式有利于中国这样的制造和市场大国。我国作为宽禁带半导体的全球最大市场已启动（包括新型电力系统、高铁、新能源汽车、5G/6G通信、半导体照明及超越照明、工业电机及消费电子市场等），应用需求驱动技术创新的特征非常明显。经过20年的技术储备，我国已形成宽禁带半导体领域的一些单项冠军，而国际半导体产业和装备巨头还未形成专利、标准和规模的垄断，因此在宽禁带半导体领域，我国与国际先进水平差距不大，有机会实现赶超；与集成电路产业相比，宽禁带半导体产业的投资门槛相对不高，对工艺尺寸线宽、设计复杂度、装备精密制造要求相对低。我国在宽禁带半导体领域的材料、装备、芯片设计和代工方面都有一些发展势头很好的企业，它是最适合中国目前发力的半导体材料和芯片领域之一。

我国技术水平逐步提升

当前国际上宽禁带半导体材料和芯片已进入产业化快速发展阶段，在新能源汽车、5G移动通信、光伏并网、消费类电子等多个应用领域实现了突破。未来5年将是全球宽禁带半导体产业发展的关键窗口期，全球资本加速进入宽禁带半导体领域，产能大幅度提升，正处于产业爆发前的“抢跑”阶段。目前全球宽禁带半导体技术和产业依然由美日欧企业主导，国际龙头企业通过上下游并购和深度合作，提升竞争力，依靠先行者的成本和供应链优势，正在逐步抢抓宽禁带半导体技术和产业的主导权。

全球主要经济体纷纷通过加大资本投入、组建产业联盟、吸引外商投资、强化技术等措施，确保本国/地区半导体产业链、供应链发展。欧盟委员会公布了《欧洲芯片法案》，提出到2030年投入超430亿欧元用以提振芯片产业。美国组建半导体联盟，以促进美国的半导体技术和产业发展。

当前我国宽禁带半导体技术和产业的现状和发展趋势是已在半导体照明技术领域形成优势，光电子与微电子技术深度融合，跨界创新应用有望引领行业发展。国内氮化镓LED和半导体照明产业经过近20年的高速发展，已成为全球最大的LED生产、消费和出口国，硅基LED芯片技术处于领先地位。

宽禁带半导体微波射频芯片正在实现本土化发展，部分技术达到国际先进水平。基于宽禁带半导体材料的微波射频芯片是5G移动通信、卫星通信等领域的核心支撑技术。目前我国在材料质量、高功率密度热管理、芯片可靠性等方面与国际先进水平还有一定差距，关键制造装备还在很大程度上依赖国外。用于微波射频器件的半绝缘碳化硅衬底材料、氮化镓外延材料亟待实现更大程度的技术提升和供应能力提升。

宽禁带半导体功率电子芯片具有高效率、大电流、耐高压、抗辐照等优异性能，契合国家“双碳”战略和产业链提升战略，可用于所有电能变换环节，覆盖消费级、工业级、汽车级、电网级等所有电压等级的应用。但目前我国宽禁带半导体车规级、电网级高端功率电子材料和芯片与国际先进水平仍有较大差距。在材料技术上，国际上碳化硅材料6英寸是主流技术，正在发展8英寸技术，Wolfspeed、意法半导体等已发布8英寸碳化硅衬底产品，预计未来3年将启动规模应用。

产业链创新能力有待增强

2021年我国宽禁带半导体产业总产值已达约7900亿元，主要是半导体照明产值，但微波射频和功率电子产值增长很快。其中微波射频产值69亿元，同比增长13.5%，随着近两年下游5G基础设施部署进入峰值，增速较前两年稍有放缓。我国毫米波频段的集成功放、低噪放、开关功能等射频芯片产品目前还不具备产业化能力。

2021年我国宽禁带半导体功率电子产值规模达58亿元，同比增长29.6%，未来5年有望保持年均40%的高增速，到2026年市场规模有望达500亿元。其中，在中高压领域，新能源汽车及充电基础设施将是最大的应用领域，整体市场比重将保持在50%以上，消费电子、PV光伏市场也将保持高速增长。

在各种积极因素推动下，我国的宽禁带半导体产业受到资本市场的持续关注。仅2021年，就至少有60家与宽禁带半导体相关的企业获得风险投资，这其中功率电子领域比重最大。上游材料领域成为上市公司的布局重点。据不完全统计，上市企业（含IPO过会）募资超过100亿元，主要集中于碳化硅材料领域，国内首家以宽禁带半导体为主营业务的企业也于今年年初成功登陆科创板，对产业链上下游其他企业形成很好的激励作用。

目前，我国宽禁带半导体产业已基本实现产业链全覆盖，解决了产品有无的问题，但仍面临着向应用端推广难、产品迭代慢、测试评价条件不足等共性问题，急需在新型电力系统、新能源汽车、轨道交通、移动通信等若干重点领域启动实施示范应用工程，围绕应用场景需求，重点开发基于宽禁带半导体材料和芯片的创新应用系统，推动新技术新产品落地。

通过应用示范，集中力量解决共性关键技术，加速技术研发和产品迭代，推进产业化技术验证和跨界系统技术集成，提升工程化技术水平及全产业链配套能力。通过应用示范，完善测试、标准、评价等创新支撑体系，促进宽禁带半导体产业链熟化和创新应用模式形成，完善产业发展环境，形成良性的产业发展生态。通过应用示范，加强产业链联系，促进上下游企业交流合作，引导产业适度集聚，形成集群化发展态势。

作者丨北京第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长 吴玲，北京大学教授、理学部副主任 沈波

编辑丨陈炳新

美编丨马利亚

监制丨连晓东