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半导体产业缺芯潮下如何强化第三代研发?

       今年以来,受全球新冠疫情好转、汽车产业回暖以及5G技术普及等多方面因素叠加影响,全球范围内的芯片供应短缺危机愈演愈烈,产业链上下游价格水涨船高。

       而随着国内外客户对芯片需求的迅速攀升,中国半导体行业市场规模持续扩大,并首次成为全球最大的半导体设备市场。在此背景下,国内半导体上下游企业顺势而为,发力扩张产能的同时积极提高技术水平。天眼查显示,2021年上半年,国内半导体产业申请专利数量超4000项,与此同时,第三代半导体材料的研发工作也获得了多项可喜进展。

    “缺芯困扰之下,国内半导体行业应对如何?满负荷开工之余,进行了哪些突破?第三代半导体材料能否助力我国半导体产业实现弯道超车?

       年初至今,全球范围内的缺芯情况不断持续,诸多芯片厂商在满负荷开工的状态下仍面临产品订单排到第三、第四季度的情况,连带产业链上下游涨价潮也是此起彼伏。海关总署公布的数据显示,20211-5月,中国二极管及类似半导体器件出口额合计约172.13亿美元,同比增长34.64%。千门资产投研总监宣继游在接受《证券日报》记者采访时表示,半导体供需失衡导致缺涨价的原因,从本质上看来自于两个方面。

       一方面,2020年新冠疫情导致大量的国内外半导体公司产能不足,一些核心的关键半导体原材料及流程工艺,产能出现紧缺。另一方面,随着我国新能源汽车产业的不断发展,对于半导体的需求呈现倍数增长,需求增加而供给整体不足,导致产业链终端价格高企,再加之半导体原材料如基本金属的涨价幅度较大,也是造成芯片产品价格被动上涨的部分原因。

        同期,为应对高速增长的半导体需求,国内众多上下游企业开启了全速扩张模式。晶圆生产厂商中芯国际首席财务官高永岗在投资者调研报告中明确,二季度芯片市场供需缺口巨大,公司产能扩充加上营运效率改善,进一步提升了工厂产出。原材料生产厂商惠伦晶体也表示,根据目前设备安装调试和人员招聘的进度看,公司重庆子公司将于7月中下旬正式投产,目前公司订单充足。封测厂商通富微电则在互动平台上称,目前国内半导体封测产能紧缺,公司现金将用于扩充产能,实现今年148亿元的营收目标。

       国资委机械工业经管院创新中心主任宋嘉在接受《证券日报》记者采访时表示,半导体产业是典型的技术密集型、资本密集型的高科技产业,企业在产销大幅度提升的背景下,考虑扩大产能的同时,一定要坚持创新驱动发展理念,探索建立并形成产业创新良性循环,即科技原始创新投入增加-生产效率提升-产品持续升级-利润率稳定合理,同时还要有增加科技创新的能力和实力。

       正如宋嘉所说,国内半导体企业在积极扩产能的同时,也在积极进行对专利技术的探索。天眼查方面提供的数据显示,2021年上半年,国内半导体产业已公布申请的专利数量为4853项,其中,发明专利4314项;实用新型专利110项;外观专利429项。对此,宋嘉表示,我国半导体产业正在通过产品质量、附加值以及产品独占性的提升,实现从大到强的飞跃。

       国内半导体企业在积极探索第三代半导体、积极扩充产能的同时,对于第三代半导体材料制造及加工工艺的研发工作,也在持续推进。

       据《证券日报》记者了解,作为助力我国实现半导体产业弯道超车国际企业的重点项目,相比于传统硅材料,第三代半导体材料制成器件具有更耐高压、阻抗更低、更高频率、更高耐受工作温度等优势,同时,由于氮化镓在材料制备环节仍有技术难度,所以当前具备大规模量产条件,且可用于制备功率器件的第三代半导体材料仅有碳化硅。

       华为云MVP马超在接受《证券日报》记者采访时表示,由于制造设备、制备工艺特别是材料成本上的劣势,多年来第三代硅替代半导体材料只是在小范围内应用,直至近几年这一局面才得以打破。

       据马超介绍,目前主流的经典晶体管制程是7nm,而且由于量子纠缠效应的存在,虽然IBM推出了试验性方案,业内对于2nm以下制程的芯片普遍持悲观态度。在摩尔定律放缓以及算力和存储需求爆发的双重压力下,第二代半导体在5G、新能源汽车等新兴市场中已无法完全满足需求,第三代半导体的性能优势被逐步放大。

       同时,制备技术特别是大尺寸材料生长技术不断突破,SiCGaN两种材料均从4英寸换代到6英寸并已研发出8英寸样品,加之器件制备技术逐步提升,使得第三代半导体器件性能日益稳定且成本不断下降,性价比优势逐渐显现,可以说新材料将加速半导体行业的加速革新。

       据悉,年初以来,已有多家国内企业被证实正在参与第三代半导体材料的研发工作,并已经取得了积极进展。

       华润微此前公告称,公司正在积极布局和拓展碳化硅业务及供应链,通过资本合作和业务合作方式带动碳化硅业务的发展和布局,同时,公司拥有国内首条6英寸商用SiC生产线,SiC二极管产品已实现销售额突破,预计今年将进一步推出SiCMOSFET产品;GaN产品6英寸和8英寸平台正在同步开展研发,计划在今年向市场推出有关产品。

       露笑科技6月份发布公告表示,公司于2021625日与合肥北城、长丰四面体、合肥长丰产业投促创业投资基金合伙企业(有限合伙)、合肥露笑半导体签署了《合肥露笑半导体材料有限公司增资协议》,协议约定对合肥露笑半导体增加1.1亿元注册资本,截至该公告日,合肥露笑半导体研发的碳化硅衬底片已送样检测通过,目前正在积极向下游客户进行送样。

       晶盛机电在5月份与投资者互动时透露,公司最新开发出第三代半导体碳化硅长晶炉及外延设备,已完成技术验证,未来随着下游应用市场的发展,将为公司发展注入新动力。

        对于目前国内第三代半导体材料的发展,创道投资咨询合伙人步日欣在接受《证券日报》记者采访时表示,从产业发展趋势来看,由于拥有特殊的性能优势,特别是在大功率器件领域和高频微波通信领域,第三代半导体材料和器件是一个必然的演进方向。

   步日欣说:  “虽然目前第三代半导体仍处于初期阶段,但是市场已经显示出了巨大的需求,包括新能源电动车、5G毫米波通信等领域,都需要第三代半导体的助力,因此,国内企业积极准备,主动布局,是一个顺应产业和技术潮流的事情,同时,相应的设备、材料、工艺都需要重新规划设计,这些是难点也是机会,及早布局也可以避免目前以硅为代表的二代半导体产业的被动局面。