中國科學院半導體研究所研究員張韻:在化合物半導體方向上尋求突圍

2020-12-06 獵雲網

【獵雲網北京】12月5日報導(文/王非、尹子璇)

12月4日,在逆勢生長-NFS2020年度CEO峰會暨獵雲網創投頒獎盛典的「半導體崛起之路」專場上,中國科學院半導體研究所研究員張韻發表了《複雜環境下,中國半導體產業的突圍》的主題演講。

張韻認為,在新的賽道上進行超越和逼近的同時,也要加強基礎研究。「在很多情況下,我們還是簡單的照搬、拷貝,知其然而不知其所以然。如果沒有很好的基礎研究,永遠不可能實現很好地突圍。」

對於換道超車、彎道超車的說法,張韻表示,「我個人比較贊同』建道超車』。如果想要突圍,不管是換道還是變道,這個道還是他國畫的道,只能跟著別人的步伐去無限趨近。如果想要突圍,就一定要找一個差距不是那麼大的領域,這個道還沒有畫成,或者自己新創建一個道來進行,這叫建道超車。

現在半導體行業火熱,半導體晶片已經是中國最大的進出口商品,必須像解決鋼鐵石油問題一樣,解決「中國芯」,支撐中國未來50年的發展。

張韻認為,半導體無疑是具有重要戰略地位的,所以重視它肯定是沒有問題,我們需要在充分了解其重要性之後,慢慢去探索。

談及為什麼會被美國這些同盟圍困?張韻表示,半導體產業鏈可分為材料、裝備製造、高端工藝、設計、封裝測試和系統等環節,我國半導體在設計、封測及系統等方面技術自主度較高。而在半導體材料及高端工藝製程等環節存在差距,也確實是硬骨頭,造成了這些環節被美國及其同盟圍困。在面對複雜的外部環境問題上,也是因為我們在這方面有短板,才會造成現在這個困局。

如何實現一定程度的突圍?張韻圍繞化合物半導體展開了分享。矽是第一代半導體,也就是元素半導體。然後是第二、三代半導體,化合物半導體是兩個或兩個以上元素組合在一起形成的。矽奠定了微電子行業的基礎,化合物半導體則開闢了更多樣化的應用。

「現在所使用的5G基站,包括以後的6G的核心器件以及光纖通信裡的雷射器大部分是化合物半導體製成的,在智能電網、5G、新能源汽車及自動駕駛等典型應用場景裡發揮著巨大的作用,化合物半導體作為支撐產業升級、節能減排和新的經濟增長點是非常重要的。」

對於「突圍」,張韻表示,在半導體產業較長的鏈條中,每個環節都有關鍵技術。比如說在材料環節,大尺寸化合物單晶生長,特別是碳化矽的製備,最近幾年我們國家就做的相當好,國家對這塊也很重視。「有一些公司也已經做上市的準備,碳化矽現在反而變成了美國、日本的一些公司向中國採購,這個可以說是我國實現半導體突圍很好的例子。」

張韻表示,理解「突圍」這兩個字,不能在一開始就期望「全面扭轉」,需要有限找到幾個突破點。他認為,在化合物半導體、特別是第三代半導體裡面,我們存在突圍的機會,實現建道超車。

NFS2020年度CEO峰會暨獵雲網創投頒獎盛典於12月2日-4日在北京柏悅酒店召開,由獵雲網主辦,銳視角、獵雲資本、獵雲財經、企業管家協辦。本屆峰會以「逆勢生長」為主題,開設了主論壇和九大專場,覆蓋母基金、新基建、電商、醫療等領域,近兩百名行業專家、投資人和創業者們深入探討各產業經營之道,以及行業變革中醞釀的創業與投資機遇。

以下為張韻演講實錄,由獵雲網整理:

非常榮幸今天有機會來這裡跟大家進行交流,我來自中國科學院半導體研究所,這是在半導體領域做了大概六十年研究的研究機構。這個題目是會議方起的,我覺得非常好,複雜環境下的產業突圍其實是很好的一個題目,圍繞「突圍」這兩個字大概說一下我的看法,很簡單。

我們中國半導體怎麼了,如何就被圍困住了。

我們怎麼實現「突圍」,我針對某幾個點說一下自己的看法。

為什麼現在半導體這麼火,半導體晶片現在已經是咱們國家最大的進出口商品,大家對這個重要性已經非常有感覺了,怎麼認識這個問題?確實有很高的技術門檻,裡面有很多應用內容,和我們熟悉的鋼鐵、石油等等一樣,也是我們日常生活中一個重要的元素和材料。有的時候太火了也變成了貶義詞,因為半導體太重要了。具體怎麼做我們可以慢慢探索,但需要了解其重要性。

我們為什麼會被美國這些同盟圍困呢?其實半導體產業鏈有很長的環節,從材料、高端裝備到高端的工藝,7納米、5納米,甚至現在1納米也出來了,到設計,到封測,到應用等等環節,是很長的,事實上我國在有些領域很不錯,像設計、封測等方面。但是恰恰是因為在幾個重要環節上有問題,比如說在材料,在高端的晶片等,我們很不幸的被卡住了、圍困了。當然,也有國際政治經濟環境的問題,美國及其同盟成團圍困,歸根結底還是因為我們這些方面的短板,所以才會造成現在這個局面。

下面考慮一個實際問題,如何實現一定程度的突圍?我今天主要想分享的是化合物半導體。矽材料被認為是第一代半導體,但不代表它已經要結束了,而是從出現時間來講,矽是第一代半導體,是元素半導體。還有第二代、第三代半導體,屬於化合物半導體。化合物半導體就是兩個或兩個以上的元素發生化學反應結合在一起,為什麼它如此重要?矽雖然奠定了微電子行業的基礎,而且會繼續領導幾十年的時間,曾經遵循摩爾定律。但是我們現在是多樣化的社會,擁有多樣化的應用,在很多專門應用上需要更好的選擇。如果可以把矽的超大規模集成電路比喻成人類大腦的話,那麼化合物半導體可以比喻成人類動力的心臟。我們現在開始使用的5G基站,包括以後的6G、光纖通信裡的雷射器、電力器件都是源於化合物半導體,扮演了信息傳輸的心臟,支撐產業升級、節能減排和新的經濟增長點。

三個典型的應用場景,給大家做一個介紹。第一是智能電網,我們國家智能電網行業在國際上來說也是比較先進,對於全球能源網際網路採用大功率SiC器件,才能實現高效節能減排以及高效的電能轉換,而且可以大大降低裡面核心元件使用的數量。其實這個數量非常重要,因為在智能電網中採用軟體來控制很多晶片,如果是用矽的器件,可能要同時控制上千個晶片,整個網絡拓譜結構會非常複雜,如果大大減小晶片數量的話,網絡結構和可靠性就會得到很高的提升。

第二是5G應用,開啟萬物互聯,是很好的應用場景。5G需要10Gbps以上的帶寬、毫秒級時延和超高密度連接,這就要求做通信器件有更高的能效和帶寬,第三代半導體的GaN起到非常重要的作用。

第三是新能源汽車及自動駕駛,這裡主要是兩方面,在新能源汽車裡面核心的動力器件部分,特別適合採用化合物半導體,或者特別是第三代半導體來做,比如電能轉換,動力系統。現在特斯拉已經全面用碳化矽器件做電力電子器件。隨著新能源汽車普及,相比傳統汽車需要採用更多的功率器件,半導體市場就會有幾十倍的提升,是一個非常可觀的市場增長點。另外,自動駕駛方面。自動駕駛除了 AI算法,很核心的是汽車眼睛——雷達。雷達分雷射雷達和毫米波雷達,不管是哪一種,未來如果想有比較好的解析度,比較長的探測距離,化合物半導體都更適合。對於雷射雷達,矽雖然是非常完美的半導體材料,但它最大的劣勢是它很難高效發光,雷射雷達需要用化合物半導體來做。毫米波雷達需要實現比較長的傳輸距離,對於實現77GHz毫米波雷達,氮化鎵是非常重要的晶片。

前面是偏戰略方向的東西,下面是戰術級的方向,半導體領域是很長的鏈,每個環節都有關鍵技術,比如在材料環節,大尺寸化合物單晶生長,特別是碳化矽的製備最近幾年做的相當好。國家對這個領域很重視,有一些公司也在準備上市,現在反而變成了美國、日本都有一些公司來向我們國家採購碳化矽材料,可以說是我們實現半導體突圍很好的例子。

突圍這兩字,一開始不能實現全面的扭轉,我們肯定要找幾個突破點,在碳化矽方面,國際市場上已經有了比較好的位置和聲譽,在智能電網,新能源汽車等,碳化矽器件已經開始應用。其次是高品質化合物薄膜生長及裝備,包括我們要做高壓大功率器件,需要有高質量的外延材料。在光電子器件方面,我們已經實現世界上最大產業規模半導體照明產業,有數十家上市公司,還有化合物半導體做通信光源,如砷化鎵材料等重要的領域。電力電子器件,有幾個典型應用,市面上已經湧現的氮化鎵快充,但這不是氮化鎵最終目的,快充市場是消費電子,在此進行成熟化的驗證,可能再經歷兩三年之後,我相信對於中大功率的應用,比如在工業電源,在數據中心基站上面,會馬上出現很多氮化鎵的應用,只要在快充市場得到成熟性驗證以後,大家會看到非常廣闊的市場應用。

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