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未来2年第三代半导体成本下降一半 过5年将再降一半-第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山

光伏原材料及辅料  来源:北极星太阳能光伏网    2018/7/8 23:25:28  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:从整个国家新能源汽车的规划,也有一个整体发展的目标,要求在未来的5-10年他的效率特别是工艺器件的损耗降低10%以上。这样的要求必须从半导体材料上先解决。还有就是低成本,现在因为未来如果进入快速的成长期,半导体材料的成本会直线下降,目前我们预计未来2年,第三代半导体成本降1半,再过5年再降1半,加上他的高频,高温,高导热。到那个时候第三代半导体的应用会出现一个快速发展。

2018年7月8日,2018光伏领袖峰会˙黄山光伏大会二十年纪念论坛在黄山新华联豪生大酒店举办,一起光伏APP对论坛进行直播。第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山与大家分享了第三代半导体产业技术现状与趋势。

北极星太阳能光伏网为您带来发言实录:

第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山:今天从上午到现在,我们的话题主要是围绕光伏,光伏组件,还有刚才提到的测试方法方面的,其实光伏的幕後英雄就是半导体,在盒子里面隐藏的是工艺半导体,所有的电的变化要由半导体实现。最近关注的热点是半导体,但是我们用的是工业半导体,但是工业半导体在我们国家也是受到高度关注的,我们目前基本上都是进口的,国产的企业也在努力,下面我们关注的是一个新的材料,我们叫第三代半导体。为什么选择第三代半导体,和我们说的第一代有什么区别,和大家做一个简单的介绍。

我们成立第三代半导体联盟有一个使命,让能源与信息的转换更高效。如果用在5G上和LED上就是另外一种转换,或者是信息的转换或者电和光之间的转换。这个里面应用领域非常广。高速轨道交通,新能源汽车,智能电网,5G通信,光伏立面等等。第三代半导体目前基本上都是用氮化镓、碳化硅这两种材料,这两种材料有5个的特性。在半导体这几年发展非常快,半导体照明也是我们国家在半导体领域唯一一个在国际上有话语权的,国内占据了全球80%的产业。另外就是高功率,用在电网和新能源大功率、高电压、大电流,这是他的特点。再就是高电压,特别是电网,能源互联网希望电压越高越好,因为我原来在国家电网工作,国家电网希望功率的电压在10千伏以上,越高电压对他来说越有利,因为他需要电压器件的串连。

我们光伏逆变器不需要这么高,1200V,1700V,3300V,可能未来如果搞得更高一点电压6500,如果电压更高,如果我们要10千伏,35千伏的逆变器直接并网,不经过变压器,这个是我们需要高压的,那电压越高越好,另外是另外一种场景。还有就是用在5G上面。

2019年国家要布局5G网络,5G必须要氮化镓,现在有的砷化嫁是不能满足要求的。第三代半导体在高温下,我们知道硅型半导体,最高的温度就是160度,常温一般是120度已经到了极限了,但是碳化硅和氮化镓理论上可以到200-300以上,当然要配合其他的材料,这种工艺希望要做工作的,但是材料本身具备这样的能力,特别是在一些核电、特殊场合,军方有特别的要求。

第三代半导体以氮化镓和碳化硅为主,当然未来还有氧化镓,氧化锌,金刚石等等,他是一个大家族。

我们说第三代半导体的优势,前面说的5个特性用在新能源也好,电动汽车也好,能源互联网也好,他可以在几个方向上,一个是引入新的电拓扑,一个电的拓扑的革命可以带来整个装置、性能的提升和一些新的方法的引入,另外就是他可以在高的频率下,意味着我们电池元件体积可以减少,电容量可以减少,未来成本也是有利的。另外就是可以提高效率,掂梢体积对我们电力电子装置是非常重要的,我们希望这个体越小越好,效率越好越好。为什么要选择第三代半导体,我们国家率先用了第三代半导体这个名称。前面几个特征用在我们的典型应用方面,支撑智能电网的建设是显而易见,我们和中车也有合作,用在高铁的驱动上,国内做电动汽车的公司也在进行深入的合作。另外就是LED。还有最近发现的显示,激光显示和微型LED,这个他产生的影响。

另外就是支撑节能减排。这个对我们的效率提升及其有多少。领跑者要求99%的效率,如果采用碳化硅和氮化镓是非常容易实现的,如果要采用硅级的芯片难度极大。这个不同的应用对器件的要求是不一样的,我们需要的轻量化,小型化,这些都是他客观的要求,也对我们提出了更高的需求。

第四就是开启万物互联,支撑智能社会发展,我们需要在这些领域发出我们的声音,并且在第三代半导体有机会赶超国外的先进技术。还有航空航天技术,正因为有了氮化镓材料才敢于和美国在雷达领域进行较量。中建集团在这个方面做了大量的工作,航空技术也可以应用。第三代半导体的三大应用领域,一个是光电子,以LED为代表的,未来像紫外、光东兴、传感等方面。第二就是电力电子,今天新能源,光伏逆变器主要是用电力电子的方法。第三是微模式(音译),这三大应用领域恰恰是第三代半导体材料和器件未来要面对的主要的战场。我们说一代材料需要一代装备,一代器件决定一代系统,第三代半导体如果和光伏逆变器结合起来将使我们的光伏逆变器体积变小,效率变高,环境的适应能力会更强。

这是第三代半导体的器件和相关的应用,我们说三大应用领域,这些器件都会用到  我们的工业。中国市场对第三代半导体有巨大的需求,这是我们国家在布局的,包括5G,能源互联网,新能源战略对需要这样材料的器件,带动产业的升级。

讲到这里也要汇报一下,目前的产业发展。这是第三代半导体的工艺流程和装备。由于他是工艺期间,不需要7纳米,5纳米,我们大概是几百纳米就可以满足要求,但是工艺过程是一样的。

工艺期间利用很重要的就是封装工艺,其实像光伏逆变器也希望以封装模块体积要小,要满足大功率、小体积的环境下的要求。这里有很多的封装技术。很多技术现在已经取得突破,在电动汽车已经在用,在国家科技项目在光伏逆变器也使用了。

这是未来智能化发展的应用,军工的,消费类电压适配器。光电领域我们希望从跟跑、并跑到领跑。然后就是智能照明,城市智能化也做了很多工作,现在很多路灯改成LED,同时LED可以集成,包括广告牌,未来5G也可以在路灯上体现。

目前中国整个第三代半导体产业一个以北京为中心的京津冀地区,集结了中科院,高校、央企的资源,另外就是长三角南京、江苏、浙江区域,再就是珠三角,以深圳为中心也聚集了很多半导体照明的企业,这三大区域地区我们国家第三代半导体的发展总体概况。

我们把第三代半导体划了三个阶段,从现在到2020年产业基础建设,因为这个产业发展在国内差不多十年时间,目前我们的企业规模还比较小,但是最近这几年发展比较快。到2025年希望是产业的发展期,到2030年是产业的高速发展,因为我们的联盟也是科技部的支持和领导下,我们要在国际上处于领先定位。第三代半导体在半导体有可能产生和超过国际先进的。第一代和第二代很难。

这是产业发展的生命周期,2017年之前都是发展比较缓慢的,我们称之为孕育期,这个技术是前苏联的科学家在上个世纪70年代提出的,但是这个技术发扬光大是美国。美国的这家企业是1980年创立到现在30多年时间,目前是全球做碳化硅和氮化镓从材料到器件做得最好的。

目前我们国内和国际上基本相差3-5年的差距,但是我们在努力追赶,如果不努力我们照样会落后,目前处在产业的形成期,三大应用领域,照明已经进入到产业的高速成长期,2017年整个产业规模是6500亿人民币,差不多有30多家上市公司,这个产业发展得非常好,随后的激光展示,环境探测和激光光源,其中环境探测和激光现实展示会发展比较快。

在电力电子领域,电动汽车和新能源是走在前面的,其他是电网、轨道交通当中,未来发展比较快的就是5G,在移动基站。这是整个发展的现状,未来3-5年会整体步入一个产业的成长期,但是各个方向速度会不一样。这是整个第三代半导体产业发展概况,这个产业生命周期任何产业都会这样发展,在目前的阶段是投资进入的最佳时期。

实际上我们整个第三代半导体的发展,在这些应用领域是我们关注的重点,我们要在这些领域通过应用带动整个产业链的发展,解决装备制作的问题,解决工艺的问题,这一系列的打通,我们产业链才可以有序往前发展。我原来在国家电网工作,这是我们电网非常关注,希望能够率先做出高压大电量的电力电子器件,满足我们直流输电和一系列一系列的电网控制设备的要求。他从发电、输电、配电、用电各个环节都会用到。另外就是光伏逆变器,还有风电电流器。

我们首先关注是器件的技术,首先我们关注的是他的效率,要从器件方面到模块,以及到系统,都会要做综合的设计来整体达到系统的降低损耗,提高效率。近几年和新能源汽车互动比较多,他们非常愿意采用这样的技术,因为他是移动的装备,移动的装备对体积和重量最敏感,这个在电动汽车是未来快速发展的地方。

从整个国家新能源汽车的规划,也有一个整体发展的目标,要求在未来的5-10年他的效率特别是工艺器件的损耗降低10%以上。这样的要求必须从材料上先解决。小型化的要求也一样。还有就是低成本,现在因为未来如果进入快速的成长期,他的成本会直线下降,目前我们预计未来2年,第三代半导体成本降1半,再过5年再降1半,加上他的高频,高温,高导热。到那个时候第三代半导体的应用会出现一个快速发展。这个对产品封装也有这样的要求,特别是小体积要求的封装要求更高,这是国家803项目,这个是做了一个样机,做得非常好,后来我也了解到有这样的产品。是深圳的一家公司,做的直流。目前采用全碳化硅模块,他的效率做得非常高,99.4%的效率。这个是其他的方面国外的一些公司采用氮化镓,小功率可以采用氮化镓,他更适合小体积,几千瓦容量。

这是GOOGLE发起的一个挑战项目,功率密度,挑战极限,最后氮化镓做到了每立方米146,这个是未来发展的趋势,应该恩电力电器器件发展方向一个是高功率密度,还有一个就是我们高频的应用,都会推动技术往更高的方向发展,整个过程实际上我们是推动整个行业的发展,光靠企业和政府不行,一定要靠第三方的力量,一个是做顶层设计,要规划和筹划整个产业链。通过一系列的政策的推动和项目的推动来带动整个产业链的发展,这个是我们联盟做的工作,这个过程当中要进行项目的策划,同时我们要进行资源的整合,不仅仅是国内的资源,还要整合国际资源,在半导体领域国外技术比较先进,我们要国际的资源整合到国内,还有搭建平台,工艺平台、测试平台、标准化平台等等。一个新兴的产业必须有这样的一些手段,在这个过程当中联盟也推动我们项目的管理,这个联盟在产业发展的前期阶段是一个不可替代的元素。

这个就是我们希望以完善的组织架构为产业提供有效的服务,在这个里面包括专家咨询委员会,包括联盟的会员单位。投融资以及专业化的管委会都是为整个产业的发展保驾护航,当然离不开我们的会员单位,都是我们的优势企业和机构,大家共同策划产业的发展。同时参与国际的一些机构和活动,我们成立了中国工作组,提出中国的工作,提出我们中国的报告,然后把这个报告发出来,发出我们中国的声音,我们也是紧锣密鼓的进行。推动联盟标准,团体的标准,同时在知识产权也有策划。这个过程当中,今天上午要坚持创新,创新里面离不开我们的一些新兴的企业和新兴的公司,这些是我们创新的源泉,我们也组建了国家的创新创业大赛,把优质的企业浮出水面。还有国际的交流,今年10月底在深圳,明年在上海,还有国际功率半导体和集成电路的活动,已经举行了30年,明年到中国上海。另外和亚洲有第三代办到比的科技创新合作中心。这个工作我们希望在做了,和欧洲的一些企业和高校合作,另外通过产业基地的建设,北方基地在北京的顺义,另外还在国家其他的地区布局一些产业的应用中心,推动这个产业的发展。联盟依托第三代半导体产业,通过全产业链的打造,整合资源,共同打造我们第三代半导体的产业,同时构建良好的产业生态。总的来说,以应用为牵引、项目为纽带,打通产业链。我本来也是在研究院,通过承担的项目,863,973,当然现在都没有了,变成国家政府的专项,通过这样的项目给我们的产业的支撑,特别是关键技术的研发是非常有意义的,这些工作我们还在做。同时通过产业链上下游的互动和协同发展,对产业链的快速进步有巨大的支撑作用。另外还要把握产业比较的主力。通过生命周期的分析,我们在什么时候进入,什么时候要干哪些关键的问题。现阶段从产业技术,产业链条的把握,通过项目的组织和专利和项目成果的转化和孵化和人才都是缺一不可,未来半导体全国缺10万人才,我们通过国际的一些友好人士,把国际上的一些专业人才引入中国,同时也进行人才的培训,培养自主本土化。

在产业发展过程当中,我们通过自己这么多年的经验分析,可以推动技术和产能。另外就是一些大企业,像高铁,国网的特高压输电,从技术到产业化只有这样力才可以推动。还有一个就是联盟,消费类,国家又没有力量推动的,时候联盟通过整合产业链上下游的企业,企业资源,能够把研发走向产业。我们很多技术实际上就是依托。当然新能源也是由我们行业协会也有很多联盟共同的推动,到目前在全球做到这一点。我的汇报就是这些,谢谢大家。

来源:北极星太阳能光伏网

(根据现场速记整理,未经嘉宾审阅)

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