科研和经济联系不紧密问题，是多年来的一大痼疾。如何更好地促进科技成果从“书架”走向“货架”，近年来，各方作出了一系列尝试。

　　1月20日，科技日报记者在2020年度科技让生活更美好中国科学院科技成果路演活动上了解到，中国科学院物理研究所科技成果产业落地企业——北京天科合达半导体股份有限公司（以下简称天科合达）致力于碳化硅晶片生产，解决关键核心技术难题，打破国际垄断，成为全球主要碳化硅晶片生产企业之一。

　　历时十余年攻克关键技术

　　以碳化硅为代表的第三代半导体材料，是继硅材料之后最有前景的半导体材料之一。

　　与硅材料相比，以碳化硅晶片为衬底制造的半导体器件具备高功率、耐高压、耐高温、高频、低能耗、抗辐射能力强等优点。其中，以导电型碳化硅晶片为衬底制成的碳化硅功率器件可广泛应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等现代工业领域。

　　同时，以半绝缘型碳化硅晶片为衬底制成的射频器件可应用于5G通讯、雷达、卫星等领域，随着5G通讯应用的成熟，半绝缘型碳化硅晶片市场规模呈持续增长趋势。第三代半导体行业是我国新基建的重要组成部分，并有望引发科技变革并重塑国际半导体产业格局。

　　“但是，第三代半导体行业技术准入门槛极高，碳化硅晶体生长极其困难，只有少数发达国家掌握碳化硅晶体生长和加工技术。碳化硅晶体国产化，对打破第三代半导体的国外垄断至关重要。”天科合达公司董事会秘书冯四江在演讲中说。

　　1999年以来，中国科学院物理研究所的研究团队立足自主研发，历时十余年，从基础研究到应用研究，突破了生长设备到高质量碳化硅晶体生长和加工等关键技术，碳化硅晶体生长和加工覆盖“设备研制—原料合成—晶体生长—晶体切割—晶片加工—清洗检测”的全流程，形成了具有自主知识产权的完整技术路线，实现了碳化硅晶体国产化、产业化，产生了良好的经济和社会效益，推动了我国宽禁带半导体产业的发展。

　　科研主力军挺进经济主战场

　　当前，碳化硅半导体产业正处于产业爆发期，其中晶圆是发展碳化硅半导体产业的核心材料，关系国家安全和经济、社会发展。

　　作为中国科学院物理研究所碳化硅科技成果落地企业，天科合达是国内首家专业从事第三代半导体碳化硅晶片研发、生产和销售的国家级高新技术企业，先后研制出2英寸、3英寸、4英寸导电型和半绝缘型碳化硅衬底，于2014年在国内首次研制出6英寸碳化硅晶片，工艺技术水平处于领先地位。

　　为推进我国半导体关键材料生产技术尽快实现自主可控，天科合达总经理杨建带领技术和生产团队于2015年底在北京市大兴区建成了年产6万片碳化硅单晶衬底生产线；2019年底在江苏省徐州市建成了年产4万片碳化硅单晶衬底生产线，实现大尺寸碳化硅衬底产品的规模化供应；2020年8月在北京市大兴区开工建设年产12万片、总投资额9.57亿元的碳化硅单晶生产线，为国产碳化硅材料在功率器件和微波射频器件等领域的应用奠定了基础。

　　根据法国市场研究与战略咨询公司Yole Development统计，2019年天科合达的导电型碳化硅晶片的全球市场占有率为4.23%，排名全球第五、国内第一。

　　中国科学院副院长、党组成员张涛表示，希望更多的社会资本、企业家共同关注和推动科技成果转化，促进科技成果从“书架”走向“货架”；也呼吁更多的科研主力军挺进国民经济主战场，为经济社会发展提供有力的科技支撑。

碳化硅衬底 半导体照明产业的新血液

 对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。市面上一般有三种材料可作为衬底：蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（Sic）。其中蓝宝石是使用最多的衬底材料，具有生产技术成熟、器件质量较好、稳定性好、机械强度高、易于处理和清洗等优点。但是它也有许多不能克服的缺点：第一，晶格失配和热应力失配会导致外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难；第二，蓝宝石是绝缘体，电阻率很大，无法制成垂直结构的器件；第三，通常只在外延层上表面制作N型和P型电极，造成了有效发光面积减少，材料利用率降低；第四，蓝宝石的硬度非常高，仅次于金刚石，难以对它进行薄化和切割；第五，蓝宝石导热性能不是很好，因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量，对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。

       为了解决上述难题，改善LED器件的导热和导电性能，越来越多的企业开始在光电器件中采用碳化硅或者硅衬底，国内公司在这类衬底材料的研发和加工上亦取得不小进展。

       目前国内能生产和加工碳化硅衬底的公司有北京天科合达蓝光半导体有限公司、山东天岳先进材料科技有限公司等，能提供硅衬底的有江西晶能光电有限公司。

       据天岳总工程师高玉强介绍，碳化硅是一种宽带隙半导体材料，也是目前发展最为成熟的第三代半导体材料。它具有优良的热学、力学、化学和电学性质，不但是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一，同时又可以用作基于氮化镓的蓝光发光二极管的衬底材料，可广泛应用在电力电子领域、微波器件领域和LED光电子领域。宽带隙半导体材料碳化硅所制作的功率器件可以承受更高电源、更大电路、耗尽层可以做得更薄，因而工作速度更快、器件体积更小、重量更轻。其实在微波器件领域，碳化硅早在2006年就完全替代了蓝宝石作为氮化镓外延衬底。

       “从材料性能上来讲碳化硅是非常优越的，它的禁带宽度是硅的3倍，饱和电子漂移速率高于硅2倍，临界击穿电场高于硅10倍，高于砷化镓5倍；热导率大于蓝宝石20倍，是砷化镓的10倍；还有它的化学稳定性很好。”高玉强指出。另外，从结构上比较，蓝宝石不是半导体而是绝缘体，它只能做单面电极；碳化硅是导电的半导体，它可以做垂直结构。碳化硅衬底的导热性能要比蓝宝石高10倍以上。蓝宝石本身是热的不良导体，并且在制造器件时底部需要使用银胶固晶，这种银胶的传热性能也很差。而使用碳化硅衬底的芯片电极为L型，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的热量可以通过电极直接导出；同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材料吸收，这样又提高了出光效率。据了解，目前碳化硅衬底LED最高流明效率可达254lm/W。

       高玉强表示，碳化硅与氮化镓外延层的结构和晶格常数匹配，化学特性相容，具有高热导率及与外延层热膨胀系数相近等特点，是氮化镓基发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的热门衬底材料之一，将在半导体照明产业扮演重要角色。

       美国Cree公司是全球知名的半导体照明解决方案提供商，其市场优势主要就是来源于碳化硅材料以及用此来外延芯片和制备相关器件。此类技术在几年前还是由该公司垄断，现今包括天岳在内的国内企业已经突破了专利壁垒，掌握了具有自主知识产权的碳化硅生产和加工技术。

       来自Cree的数据表明，使用碳化硅衬底的LED器件可以做到长达50,000小时的70%光维持率寿命，光衰小，寿命长。高玉强指出，光衰从微观上看其实就是材料的异质外延导致的缺陷增值。衬底上的缺陷主要有微管缺陷和位错缺陷。微管缺陷密度是贯穿半导体材料的一个问题，是表征碳化硅衬底质量最重要的指标，也是衡量不同单位技术水平的重要指标。一般工业级碳化硅衬底要求微管密度小于5个/cm2，目前天岳可以生产微管密度小于1个/cm2的碳化硅衬底。另一个影响衬底质量的缺陷是位错缺陷密度，而且衬底中的位错缺陷还会衍生到外延层，影响器件性能。一般蓝宝石衬底位错密度为十的三次方，外延了氮化镓之后的位错密度至少会达到十的八、九次方，更严重的还可以达到十的十三次方，天岳目前碳化硅衬底外延氮化镓之后只有十的四次方左右，远远小于蓝宝石的。

       “世界上能够生产碳化硅单晶的企业极少，最大的碳化硅单晶是Cree公司生产的6英寸单晶，也只有他们一家能做到6英寸，其他最高做到4英寸，目前天岳也是做到4英寸。碳化硅单晶的加工技术很难，但是我们的碳化硅单晶衬底的TTV、BOW、WARP均可达到国际先进水平。现在天岳可年产2万片碳化硅单晶衬底，可批量提供‘开盒即用’衬底。”高玉强介绍道。

应用于大功率LED可望而且可及

       一般来说，LED对衬底有许多要求，包括结构特性好、化学稳定性好、热学性能好、导电性好、机械性能好、成本低廉等等。拿蓝宝石、碳化硅和硅这三大衬底材料做对比，从导热系数、膨胀系数、稳定性、导热性、成本、ESD几个方面看，碳化硅除了成本高外其他均占优势(如文中下表所示)。不过目前国内LED产业竞争激烈，对成本要求苛刻，那么价格相对蓝宝石和硅材料较为昂贵的碳化硅衬底在国内能否有好的发展前景？

       “技术的发展是让高质量、高技术的产品进入市场，让消费者获益。价格不是普及化的唯一问题，好的产品总会有客户。”高玉强表示。他指出，用碳化硅做光电器件衬底主要挑战是成本仍相对较高、技术门槛较高和专利技术不足，同时也面临着行业垄断者的专利威胁。不过大功率LED市场需求巨大，碳化硅材料性能优越，可以很好满足大功率LED需求。随着国内LED行业日趋成熟、产业链逐渐完善、规模逐渐扩大、产业不断引进高端技术人才、生产加工技术日趋成熟，使材料尺寸和质量迅速提高、价格迅速下降，碳化硅衬底在国内会有很好的发展前景。

       “中国LED行业发展面临技术升级和产业重组，要使中国LED产业得到健康发展，就需要多方面综合发展。就上游而言，不仅仅需要发展蓝宝石衬底，也需要发展碳化硅和硅材料衬底。目前在碳化硅衬底上制作大功率LED已经是一件可望而且可及的目标，如果国内广大LED厂商不及时介入将会错失良机。”高玉强说道。其实政府也发布了许多产业政策来推动碳化硅发展，例如在“十二五规划”中就明确提到支持碳化硅等先进半导体技术的开发，工信部、国家发改委和科技部也都有相关政策来支持碳化硅单晶衬底产业化。

       “LED市场有高中低端之分，碳化硅衬底LED定位在高端，碳化硅基光电子器件具有功率大、能耗低、发光效率高等显著优势，特别适合制备低能耗大功率白光产品(5W以上)，在未来的路灯和室外照明领域具有巨大的市场潜力，用碳化硅做衬底将只是时间问题。”高玉强说道。

第三代半导体的发展，促进了行业的股票情况，下面是对第三代半导体材料龙头概念股及碳化硅龙头股的详细介绍。

第三代半导体材料龙头概念股

杭州士兰微电子股份有限公司成立于1997年，专业从事集成电路芯片设计以及半导体相关产品制造，2001年开始在杭州建了第一条5英寸芯片生产线，现已成为国内集成电路芯片设计与制造一体(IDM)企业。

7月5日，耐威科技公告称，公司与青岛市即墨区人民政府、青岛城市建设投资(集团)有限责任公司在2018年国际集成电路产业投资(青岛)峰会上签署《合作框架协议书》，耐威科技发力第三代半导体材料，其氮化擦材料项目宣布签约青岛。

美国加利福尼亚州森尼韦尔, 三安集成电路有限公司(简称三安集成)，一个拥有化合物半导体晶圆铸造先进技术平台代工厂今日宣布，运用于最新高压AC/DC和DC/AC电力电子领域的150mn硅基氮化擦(GaN)代工服务正式面向全球市场。三安集成的新G06P111是650V增强模式高电子迁移率晶体管(E-HEMT)GaN过程增加了公司的电力电子晶片铸造组合的宽带化合物半导体(银行),包括100毫米和150毫米碳化硅(SiC)高压肖特基势垒二极管(作为)。凭借其多年在LED领域氮化嫁量产制造经验的母公司三安光电股份有限公司,三安集成能够补充与内部金属的铸造服务增长能力的高电压、低泄漏硅基氮化外延晶片高—致性。

海特高新在互动易平台表示：海威华芯总投资约20亿元左右，一期基建工作基本完成，目前正筹建二期工程项目，目前海威华芯一期产线处于工艺完善和良率提升试生产阶段，二期建成达产时间请您关注公司后续进展公告。

公司独立董事刘召军博士及其团队多项研究成果世界领先，其中包括世界首创氮化擦HEMT与Micro-LED同质集成技术。刘博士投入Mini/Micro-LED领域技术研究10余年。其团队已经研发了11代Micro-LED技术，目前发表杂志及国际会议论文80余篇，申请美国专利12项，授权7项，申请中国专利80余项,授权20余项。

旗下江苏能华微电子科技发展有限公有专业研发、生产以氮化嫁( GaN)为代表的复合半导体高性能晶圆，并用其做成功率器件。

推出氮化掾效应晶体管(GanFET),该产品主要应用于工业电源、逆变器、转换器、汽车牵引逆变器和车载充电器和转换器等场景，车载GaN已经量产，全球最优质的氮化嫁供应商之一。

充电器主控芯片，与oppo合作研发过GaN的充电器。

2017年12月，华润微电子完成对中航(重庆)微电子有限公司的收购，拥有8英寸硅基氮化嫁生产线和国内首个8英寸600V/10A GaN功率器件产品，用于电源管理。华润微规划建设的化合物半导体项目,判断生产线主要是GaN工艺。该项目将分两期实施。其中—期项目投资20亿元,二期投资30亿元。

5G通信的毫米波功率放大器已研制成功并小批量产;砷化擦/氮化擦射频芯片关键技术在芯片制造领域与三安光电深度进行合作,打造完整的新型半导体射频芯片产业链。亚光科技2017年年报披露，其与西安电子科技大学在合作研制第三代半导体项目。

巨化产品在半导体液晶面板氮化嫁系LED多晶硅太阳能电池生产中的应用取得重大突破，公司与日本昭和电工株式会设立合资公司浙江衢州巨化昭和电子化学材料有限公司，在国内发展高纯氨业务。新公司08年11月开工建设，计划在09年6月建成500吨/年的高纯氨生产装置，考虑到高纯氨市场需求增长的趋势。公司正考虑在09年底根据市场情况将装置生产能力扩大到1000吨/年。新公司采用昭和电工的高纯氨生产技术。高纯氨作为电子工业中氮化膜的成膜气体，已经在半导体、液晶面板、氮化掾系LED生产中得到广泛应用，在多晶硅太阳能电池领域的应用也在不断增加。

第三代半导体材料碳化硅龙头股是哪个

1、楚江新材：在互动平台表示，全资子公司顶立科技具备第三代半导体材料碳化硅单晶从装备、材料到制品的一整套技术储备和产业化能力。

2、天通股份：进行了第三代化合物半导体碳化硅衬底材料的布局。

3、露笑科技：拥有碳化硅长晶设备。近日公司公告，将发展重点转向第三代半导体材料碳化硅领域。

4、扬杰科技：碳化硅芯片技术已达到国内领先水平。

5、扬杰科技：碳化硅芯片技术已达到国内领先水平。

6、露笑科技：拥有碳化硅长晶成套设备。

由此可见，第三代半导体概念龙头股发展在逐渐上身，不仅应用领域广泛，而且还更好的生产及制造。技术发展也更成熟。

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