近年来，国内一些从事LED化合物半导体的大厂都开始转战第三代半导体，皆欲探索“直道超车”。
华为旗下哈勃投资的一个重点就是第三代半导体，在所投30家芯片公司中，第三代半导体就占了9家，其中多家是碳化硅（SiC）重点企业，如山东天岳、天科合达、瀚天天成和天域半导体。
伴随SiC进入新能源汽车产业链、氮化镓（GaN）快充应用的规模化成功，第三代半导体逐步进入消费和工业领域。
事实上，第三代半导体就像是一棵树，树长结着不同的苹果，有的正在成熟，有的还在生长，还有的刚刚萌发。“一个还没有红透的苹果是半导体照明，后面还跟着一串串果实，”这是第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲对以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体的形象比喻。
在分享第三代半导体产业发展的现状和趋势，以及我国未来发展战略和路径模式时她表示，绿色、低碳、万物互联已经成为全球新一轮科技和产业变革，将颠覆性影响人类社会的发展，改变生产、生活、思维方式。在这一进程中，第三代半导体将扮演不可替代的角色。而这棵树本身也需要阳光、雨露和土壤，才能健康成长，结出丰硕的果实。
开始成熟的果实
第三代半导体的典型五高特征：高光效、高功率、高电压、高频率和高温度，吴玲这样概括。最近还有专家提出了全光谱、抗辐照等特征。可见，第三代半导体材料性能在不断提升，功能在不断拓展，有助于支撑我们国家的双碳目标。
响应中国的2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”，国家电网公司提出建立以新能源为主体的新型电力系统，到2050年实现“两个50%”，这需要大量的功率器件，特别是特高压柔性输变电，硅肯定是达到极限了，而碳化硅是目前已知唯一能够承受万伏千安的半导体材料。
高铁的典型的大功率应用 她指出，未来节能的潜力非常巨大，首当其冲的是新能源汽车芯片，尤其是功率芯片，所以，实现节能不仅是能源、交通，新能源汽车的升级换代发展速度非常快。5G的到来，硅也用到了极限，而氮化镓是目前唯一同时能够实现高频、高效和大功率的材料，特别是有典型的军民融合案例，将近20年的军工研发成果已经转到5G应用。 SiC和GaN在汽车上的应用 以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体就像一棵树，应用面非常广。不仅在光电子领域有一个还没有红透的苹果——半导体照明，它今年有可能达到8000亿元产值；微波射频，还有电力电子，三大支撑将应对能源环境的挑战，推进新一代信息技术的可持续发展，特别是制造业的升级。 现状是，从这棵树的三大枝杈来看，光电子领域的半导体照明已经见到成效，国家科技部2003年启动了国家半导体照明工程。18年来，从技术追赶、并行，到现在部分领先，全产业链尤其是高端装备和一些配套材料已经自主可控，芯片的国产率达到80%。 第三代半导体果实累累 小荷才露尖尖角 吴玲表示，在第三代半导体的五高全光谱中，8000亿产值的光电领域创新只是一个蓝光的突破。现在正向长波长和短波长快速发展，如深紫外光不仅可用于紫外固化等，对新冠病毒也有一定效果，北京将要举办的冬奥会目前也有一些应用，冬奥场馆内将大量使用手持安检仪消毒，以减小场内交叉感染风险。从半导体照明光效提升到目前的超越照明，应用面非常广，尤其是光生物、光遗传、光健康、光治疗等，甚至是光农业，发展速度很快。 光电器件也在从标准结构向小间距，甚至未来的micro LED方向发展，开启了高度集成半导体信息显示技术的新变革。在12月初的国际第三代半导体论坛暨中国国际半导体照明论坛上，京东方董事长陈炎顺说：“原来以为液晶市场到了一个节点，OLED将会有占有一定的份额。但是没想到mini LED的出现，让液晶面板寿命又延长了。”所以，未来下一代显示技术到底是几分天下，还有待验证，但至少mini LED、micro LED和OLED将是三分天下。 在微波射频方面，中国部分技术已经达到国际先进水平，从2015年启动第三代半导体就在推动军转民。2019年，华为、中兴通讯已买不到芯片，开始用国产替代，到2020年，应该已经超过了20%。2023年，中国将进入毫米波频段的商用，6G现在也已经启动了预研。 从“十二五”开始到现在，碳化硅、氮化镓等功率半导体材料和器件都实现了从无到有，但还没有做到能用、好用。目前国内还是以四英寸碳化硅衬底为主，六英寸仅是小批量供货，而国外八英寸已经出来了，六英寸是主流。关键问题是我国车规级、电网级器件目前还是全部依赖进口，所以电力电子应用方向市场非常大，渗透率将非常快。现在中低压硅基氮化镓快充已经成为网红，从消费到工业级，未来功率器件的复合成长率将超过50%，发展速度非常快。 在电力电子方向，新能源汽车是主要驱动力，我国新能源汽车发展速度非常快，原来没有想到今年汽车销量达到了三百多万辆，明年渗透率就将达到35%。也曾有新能源汽车的老总在问，国产器件两年内上车怎么样？但汽车认证过去需要五年，现在也得三年。他却说：“现在汽车架构、总成架构都在变，认证有可能就一年，因为很多模式发生了变化。”所以，“十三五”提出汽车领域主要是充电桩示范应用，现在看有点保守了。“十四五”期间，尤其是未来2-3年，汽车功率器件应用将提速，随着巨大的市场需求，2023年国产碳化硅有望进入汽车的电机驱动控制器。 产业格局初长成 吴玲指出，第三代半导体的典型特征不仅是性能提升和功能拓展，一些典型需求更会促进相关产业的快速发展。虽然有一些高端原材料、核心装备仍然还在卡脖子，但是它没像集成电路那种严重，有望摆脱对国外的依赖。 目前，国内第三代半导体从材料、衬底、芯片、器件、模块到应用，链条基本装备齐全，也已有一些产品。像技术难度比较高的MOSFET现在也有三条线，并有样品出来。从布局上看，研发主要集中在京津冀，半导体基础主要在长三角，粤港澳大湾区应用非常集中，创新链条比较完整。 从最新的情况看，第三代半导体沿途下蛋，已在全国铺开，但一定也会迎来第一波洗牌。从半导体照明产业18年的历程看，主要是围绕产业链构建创新链，打通应用链条，通过一些示范应用解决共性关键技术；另外是和资本联动，形成发展合力。因为LED门槛不太高，95%都是比较小的民营企业，所以大家容易抱团儿。 第三代半导体的发展面临的挑战更大，机遇也前所未有。前不久，在北京亦庄，对01、02集成电路专项评估时，很多专家认为：第一代、第二代、第三代半导体虽然不是替代关系，但集成电路仍然是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，需要努力追赶。大家认为要考虑理性追赶，而且要在后摩尔技术来临前超前布局，包括材料和一些低维的二维拓扑等。 面对以第三代半导体为代表化合物半导体超越摩尔定律的机会，最重要的是国内有巨大的需求，如信息、能源、交通市场。市场在中国，技术只要能够自主可控，有部分优势，就可以形成在全球产业的落脚点，也就是说用产业战略推进技术战略，重塑全球半导体产业竞争新格局。将来和美国谈判时，也有能拿到桌子上的东西。 第三代半导体赛道机会千载难逢 面对中美贸易战影响和国外功率半导体厂商的强势，为保障产品供应不受限制，华为在加大对国内功率半导体产品采购量的同时，已涉足功率半导体领域，进入了自主研发的赛道。如华为90后专家所说：“能够遇上有可能还要火20年甚至30年的技术赛道是一生的荣幸。” 作为第三代半导体全球最大的市场，我国的能源、高铁、新能源汽车、5G，特别是工业用电端和消费类电子等正在驱动技术的快速发展。而国内第三代半导体技术和国际上的差距并不很大，已经有近20年的储备，包括LED到军工射频；而且国际巨头在专利标准和规模方面并没有形成垄断，所以中国有机会在一些细分赛道上自主可控。 关键在于，与集成电路相比，第三代半导体的工艺尺寸、线宽、设计复杂度、装备精密度的门槛相对较低，投资规模也就是集成电路的十分之一。它原来只是集成电路中的特殊工艺，所以没有那么多卡脖子问题，所以是千载难逢的机会。 毕竟也是半导体，有着战略性和市场性的双重特征，第三代半导体的问题是后进入者追赶难度很大。除了LED外，电力电子、微波射频进入供应链的难度都不小，例如上汽车、上高铁的难度还是比较大，尤其是现在逆全球化的国际环境对国际合作有很多障碍。 从创新链和产业链存在的问题看，第三代半导体最重要还是材料缺陷，如何把材料做好，包括单晶生长的工艺控制、成品率等非常关键。国内的芯片工艺仍然不够成熟，存在代差，应用迭代也比较慢；跟随均多，缺乏原创，应用技术开发不够，特别是从系统角度提出和解决器件、材料技术上的问题做的远远不够。此外，第三代半导体装备进口和各层次人才规模性缺乏。生态方面最大的问题是弱小散，链条没有打通，缺乏能够真正支撑工程化、产业化、国际化的开放平台。 必由之路：示范→产业链→迭代→落地 针对半导体战略性和市场性的双重特征，吴玲提出了几点建议：中国有两大优势——体制优势和市场优势；问题在于科技形不成合力。在举国体制下，需要对体系和生态进行持续稳定的投入，在细分链条上能够产学研、上下游真正形成创新共同体，让行业抱团发展。 还是以LED发展为例，当时搞了一个国家重点实验室，有17家企业参与其中，共享一些工艺标准和专利。当年的半导体照明有一个“十城万盏”示范应用工程，对打通产业链、不断迭代研发非常重要。 第三代半导体已尝试了几年，最近这一两个月可能会有点儿眉目。科技部已经对国家技术创新中心建设和运行批文，粤港澳大湾区是主平台，中电科、华为、比亚迪等均参与其中。 她建议，国家的研发计划，特别是国家重大工程能够长期稳定持续投入，形成对大中小企业融通发展的开放平台，支撑国际竞争力。在等待批复的国家科技“十四五”规划中，提出了“百城亿芯”示范工程，主要针对第三代半导体的绿色系——电力电子，还有健康系——与人民群众生活健康息息相关的光电提出了规划，有望很快落地。 她最后强调，科技和金融两个轮子的结合非常重要。国家的科研投入是财政拨款，怎样能够让社会力量参与研发投入，政策和资本不可或缺。第三代半导体的发展需要打造科技、金融链网的合作模式。 第三代半导体产业就像这棵树，需要阳光、雨露和土壤。健康的产业生态、政产学研用上下游紧密合作，将有助于第三代半导体在绿色低碳可持续发展中发挥更大作用。
