中国在自主制备第三代半导体材料方面仍面临困难

夜幕降临的北京，如果你有机会乘公共汽车经过北四环，你会被闪亮多彩的鸟巢和水立方所吸引，甚至停下来欣赏。

这些彩色建筑的背后，主要是由于半导体照明技术的充分应用。

可惜的是，水立方44万套led照明设备，鸟巢约25个.8万套LED所有照明设备都是从美国购买的（CREE）公司，很难找到国产的痕迹。

事实上，随着第三代半导体材料成为全球半导体研究的前沿和热点，中国正在赶上半导体材料发光设备、微波功率设备等关键研究领域，甚至开始试生产和试用。然而，与外国同行相比，差距仍然存在。

最大的瓶颈是什么？它是原材料。中国科学院半导体研究所研究员、中国电子学会半导体与集成技术分会秘书长王晓亮表示，原材料质量和制备问题亟待解决。

宽禁带前景广阔

材料、信息和能源构建的当代文明社会是必不可少的。中国科学院院士、半导体物理专家黄坤和夏建白曾指出，半导体不仅具有极其丰富的物理内涵，而且其性能可以被不断发展的精密过程控制，可以说是最重要的材料。

与第二代半导体材料(以砷化镓和磷化镓为代表)相比，氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）宽禁带半导体材料具有功率密度大、体积小、质量轻等特点，应用前景广阔，被认为是第三代半导体材料。

特别是在半导体照明和微波功率设备方面，许多国家加强了新一代半导体材料的部署，不愿落后。王晓亮说，半导体白光照明声称是爱迪生发明灯泡后的第二次照明革命。

目前，半导体发光器件的应用范围很广，几乎可见的各种信号灯、车内照明、信息屏幕、彩色显示设备，甚至实现白光照明。

半导体照明产业技术创新战略联盟秘书长吴玲认为，未来几年，中国将有机会成为世界半导体照明产业强国。

王晓亮告诉记者，氮化镓的功率密度是砷化镓的10~30倍；此外，其极端工作温度相对较高，削弱了散热问题。由该材料制成的微波功率设备将更好地应用于通信、雷达、移动基站、信息处理、自动控制等关键领域。

在微波功率器件上的应用，是各国争夺的战略高地。王晓亮说，这些无论是在军用领域还是在民用市场，都非常重要。

由宽禁带半导体材料制备的新一代电力电子设备损耗较低，效率较高，预计将在智能电网项目中展示其技能。王晓亮告诉记者，新一代电力电子设备（如氮化镓和碳化硅材料的功率开关）将在电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度中发挥节能效果，减少电力损失。

跨越发展的机遇

如果能抓住以氮化物为代表的宽禁带半导体材料的发展机遇，就会给我们实现跨越式发展的机遇。王晓亮说。

毫无疑问，作为世界上最大的电子产品设备生产和消费国和最大的半导体材料消费国，中国在半导体材料方面具有重要的战略意义。

在崛起和发展的过程中，一些西方国家从未停止过对中国的骚扰，并试图遏制我们的发展。军事、经济、货币等方面的抑制，归结为科技力量的竞争。王晓亮说，只有依靠科技创新，才能有独立的保障，不会受到别有用心的力量的约束。

据王晓亮介绍，美国早在1993年就开发了第一种氮化镓材料和设备，中国最早的研究团队中国科学院半导体研究所也于1995年开始了这项研究，并于2000年进行了研究HEMT结构材料(高电子迁移率晶体管)。

此后，半导体取得了巨大的成就，先后合作开发了中国第一支GaN基HEMT设备，第一个GaN基x波段微波功率器件，第一块GaN基微波单片集成电路等。

经过多年的创新研究，我国在中国科学院半导体研制的一些研究中也逐渐跻身前列。AlGaN/GaN室温迁移率超过2100cm2/vs，世界领先。

国外比我们先一步，我们承认差距，但我们应该学习他们的先进经验，节省我们的资源和时间成本，跨越发展，最终通过自主创新实现超越。王晓亮说。

自主制备面临困难

王晓亮表示，中国在自主制备第三代半导体材料方面仍面临困难。

湖南大学应用物理系副教授曾健平撰文指出，目前我国对SiC晶元的制备仍然是空缺，实验材料大多来自美国。新材料的制备需要新的生产线和新的工艺。目前，中国的大部分设备都是从国外进口的。

MOCVD系统是LED随着化合物半导体器件市场的不断扩大，生产外延片和微波功率异质结构材料的必要设备，MOCVD对系统的需求不断增我国几乎全部依赖进口。

据了解，世界上主要的东西MOCVD德国是设备供应商AIXTRON公司和美国VEECO公司对单台MOCVD该设备报价2000万元，而我国2012年即购数十台，费用惊人。

即便如此，类似MOCVD系统等关键设备涉及国防技术，即使依靠进口也很难获得最佳性能。你能在国外随便卖给你最好的设备吗？王晓亮问道。

据悉，自20世纪80年代以来，中国MOCVD设备本土化之路并不顺利。到目前为止，中国MOCVD设备仍处于工程样机阶段，目前仅用于科研，尚未提供成熟的工业生产MOCVD设备制造商。

材料本身的显示度很小，人们对材料的关注很容易减弱。王晓亮认为，材料制备欠款的原因之一是材料没有得到应有的重视。

材料位于产业链中的上游，如果对材料重视不够，中游的器件和电路、下游的系统可想而知。王晓亮说，产业链下游的产出要以上游材料为基础，而事实上我国对基础的材料问题的关注度不够；一旦投入与支持的力度不够，相关人才便很难被吸引，人才队伍建设的问题也将逐渐成为发展瓶颈。