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                  ?政策密集推動,這一半導體材料火速出圈,國內廠商有望實現彎道超車

                  2021-09-14 08:46 來源:慧聰電子網編輯部 作者:亓


                  ?政策密集推動,這一半導體材料火速出圈,國內廠商有望實現彎道超車

                  圖源:pixabay

                  近日,工信部在政協十三屆全國委員會第四次會議中表示,下一步將以重大關鍵技術突破和創新應用需求為主攻方向,進一步強化產業政策引導。同時,工信部將碳基材料納入“十四五”原材料工業相關發展規劃,并將碳化硅復合材料、碳基復合材料等碳基材料納入“十四五”產業科技創新相關發展規劃,以全面突破關鍵核心技術,攻克“卡脖子”品種,提高碳基新材料等產品質量,推進產業基礎高級化、產業鏈現代化。

                  當下,我國半導體產業正進入加速升級轉型期,但在傳統的第一、第二代半導體材料領域,我國起步較晚,與國外先進水平差距較大。盡管我國奮起直追,但在美國強勢的科技封鎖重壓下,技術突破仍面臨著極大的阻礙。

                  而碳化硅、碳基復合材料等第三代半導體材料是目前半導體市場的新興領域,國內外市場尚處于起步階段,產品尚未成熟,且國內外發展差距較小、滲透率較低,因此帶來較大的國產替代空間。

                  在近年來“十四五”等一系列國家政策中,碳化硅、碳基復合材料等受到國家高度重視,成為我國半導體發展布局的重要賽道。同時,傳統硅材料難以滿足時代發展的新興需求,碳化硅對硅的部分替代將是順應時代和科技發展的必然趨勢。

                  碳基新材料優勢顯著

                  替代格局初步形成

                  行業周知,硅制備相對簡單且自然界儲量大,以硅為襯底的半導體產品是目前半導體、電子元器件制造中最主要的原材料之一,占據90%以上市場。但隨著科技發展,硅基功率器件逐漸難以滿足5G基站、新能源車、高鐵等新興行業應用中對功率器件的高頻化、大功率化及微型化需求的發展趨勢,同時嚴苛的工況對封裝絕緣材料提出了更高的要求,SiC等其他材料的出現,對硅的地位形成挑戰。

                  SiC含有硅和碳,有著世界第三硬物質之稱,化學鍵比普通硅要更加堅固,相較于傳統的硅器件,碳化硅還擁有著耐高溫、高熱導率、高電子飽和漂移速度、高電流密度等諸多益處。同時其介電擊穿強度約是硅的10倍,主要用于生產功率半導體器件,適用于更高溫度、更高頻率、更高電壓及更高電流的功率半導體器件生產場景。此外,SiC的加工需要先進的技術,SiC的穩定性以及其他特性使芯片制造商能夠將能耗損失減少一半以上。

                  第三代半導體SiC突破了Si的材料瓶頸,基于自身的顯著優勢,成為新一代功率器件的不二選擇。在5G通訊、新能源汽車、電力電子等行業的應用優勢逐漸凸顯,有望實現部分硅替代,成為制備高壓、高頻器件新襯底材料,因此備受電力、汽車、電機等廠商的密切關注。

                  9月7日,據外媒報道,特斯拉成為全球首批在量產汽車中使用SiC芯片的汽車制造商之一。長期以來,硅是半導體行業的首選材料,此次特斯拉在Model 3中使用SiC可謂是一項大膽的舉措。通過將SiC芯片集成到Model 3中,特斯拉為電動汽車供應鏈提供新的發展動力。

                  據悉,特斯拉Model3擁有更長的續航時間及更優良的持續高性能表現,初次亮相,便讓全球汽車廠商將目光聚焦在SiC這種全新的半導體材料,其優異性能有了實際表現,或將引領市場開始變化。

                  業內人士表示,特斯拉Model 3大獲成功,有效地在芯片行業掀起軒然大波,開始催生出一系列對SiC芯片應用及開發承諾,在龐大的市場需求推動下,一大批采用SiC芯片的新型汽車正在路上。

                  今年6月,德國芯片制造商英飛凌科技推出一款用于電動汽車逆變器的SiC模塊,將用于現代汽車下一代電動汽車?,F代汽車表示,與配備普通硅芯片的汽車相比,電動汽車的續航里程可提高 5%;

                  8月6日羅姆宣布與中國汽車制造商吉利汽車集團創建策略伙伴關系。吉利計劃采用羅姆的先進SiC功率解決方案,內置羅姆碳化硅功率組件的電控系統將被應用于吉利正在開發的純電動汽車平臺以延長電動汽車續航里程、降低電池成本并縮短充電時間。

                  除了器件本身顯著特性外,碳化硅對我國半導體產業意義非凡,有望引領中國半導體進入黃金時代。在推進半導體國產化進程中,受壓于中美貿易戰,關于第一、第二代半導體技術突破屢屢受阻。

                  而在第三代半導體追趕路上,國內廠商阻力遠小于傳統硅基領域,且目前其他發達國家制裁、控制中國第三代半導體發展的手段和技術十分有限,因此國內廠商迎來追趕和發展的大好機遇。

                  同時,第三代半導體器件主要應用于新能源車、光伏和高鐵等,未來主戰場主要集中在中國,國內不少廠商與車企、家電企業形成配套合作,國產器件逐漸導入終端產品供應鏈,全方位帶動產業發展。第三代半導體成為中國大陸半導體追趕的極佳突破口,業內人士認為,碳化硅有望引領中國半導體進入黃金時代。

                  政策密集推動

                  國內廠商加快布局,賽道爆發

                  近年來,國家高度重視碳基新材料產業創新發展。十四五規劃草案及國家多次會議、文件均提及支持和發展碳化硅等產業。

                  由國務院辦公廳印發的《關于促進建材工業穩增長調結構增效益的指導意見》中提出加大推廣碳、硅等材料的應用力度,擴大新材料產業規模。

                  四部委聯合印發《關于加快新材料產業創新發展的指導意見》和《新材料產業發展指南》中均將碳基新材料列為重點支持對象。

                  針對碳基新材料產業發展,國家出臺了《加快推進碳纖維行業發展行動計劃》、《加快石墨烯產業創新發展的若干意見》等專項政策,將高性能碳纖維、石墨烯等碳基新材料品種列入《重點新材料首批次應用示范指導目錄》中。

                  今年3月兩會期間,全國政協委員提出,第三代半導體是我國2030規劃和“十四五”國家研發計劃確定的重要發展方向,是我國半導體產業彎道超車的機會,提出要重點扶持、協同攻關第三代半導體產業,在國內重點扶植3-5家世界級龍頭企業,加大整個產業鏈條的合作力度。

                  與此同時,國家重視及政策利好下,國內企業也迎來發展期,紛紛加快布局。

                  日前,SiC & GaN功率器件設計和方案商派恩杰官方宣布正式與德國Foxy Power合作組建歐洲&北美銷售團隊。經第三方機構&全球一線客戶實機測試驗證,派恩杰產品性能已達國際一流水平。我們爭取成為在海外市場最大份額的中國SiC & GaN品牌?!?/p>

                  9月10日,據官方消息稱,應用材料宣布推出新的200亳米(8吋)化學機械研磨(CMP)系統,可精確移除晶圓上的碳化硅(SiC)材料,最大化芯片效能、可靠性和產能;且透過這項新的碳化硅芯片「熱植入」技術,可在對晶格結構破壞最小的情況下注入離子,進而最大化發電量和組件產能。

                  應用材料表示,此新產品將協助全球領先的SiC芯片制造商增加產量。從150毫米(6吋)晶圓制造升級為200毫米(8吋)制造,每片晶圓裸晶 (die) 約增加一倍的產量,滿足全球對優質電動車動力系統日益增加的需求。

                  總結

                  據IHS Markit數據,2018年全球功率半導體市場規模約為391億美元,預計至2021年市場規模將增長至441億美元,年化增速為4.1%,中國功率半導體市場需求規模達到138億美元,占全球需求比例高達35%,2021年市場規模有望達到159億美元。

                  從近幾年的政府密集推動下,碳基新材料、第三代半導體市場不斷有新玩家涌入,市場規模也呈現穩健增長趨勢。據CASA數據,2020年,我國第三代半導體整體產值超過7100億。

                  硅芯片和SiC芯片的差距正不斷縮小,基于碳基新材料的顯著特性及行業前景,碳化硅對硅的部分替代是順應時代和科技發展的必然趨勢。業內人士認為,功率半導體或將是實現國產替代最快速的領域。

                  日本芯片制造商羅姆首席戰略官Kazuhide Ino在接受記者采訪時表示,芯片制造商一直在共同努力建立SiC市場現階段SiC芯片制造商已經到了相互競爭的地步。

                  當下,以SiC 等材料的功率半導體在半導體圈內風頭正勁,市場增速加快及國家政策的密集推動下火速出圈。國內廠商聚焦碳化硅、碳基復合材料等第三代半導體材料,加速布局將有望實現半導體領域技術的彎道超車。


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