先進半導體材料在 5G、能源互聯(lián)網(wǎng)及新能源汽車領(lǐng)域的應用示范工程

　　需求與必要性

　　化合物半導體材料和器件在 5G、能源互聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車、光伏逆變器等領(lǐng)域的應用，符合智能化發(fā)展、節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)自主可控等國家重大戰(zhàn)略需求，能夠為相關(guān)產(chǎn)業(yè)搶占未來發(fā)展的戰(zhàn)略性和引領(lǐng)性技術(shù)制高點提供關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)支撐。

　　未來 5 年，GaN 射頻器件將在 5G 基站、微基站和移動終端中迎來巨大市場，GaN 功率器件將在消費類電子、數(shù)據(jù)中心服務器電源和光伏逆變器領(lǐng)域得到廣泛應用;SiC 功率器件將在能源互聯(lián)網(wǎng)中的電力路由器、新能源汽車中得到廣泛應用。未來 5 年，上述 3 個發(fā)展方向的國內(nèi)市場規(guī)模將超過千億元。

　　現(xiàn)階段，化合物半導體相關(guān)技術(shù)已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，在 5G、新能源并網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域的應用市場已經(jīng)啟動。國際上，為提高未來的競爭力，美國科銳公司、德國英飛凌科技公司、日本羅姆半導體集團等產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)已經(jīng)開始了產(chǎn)業(yè)與市場布局。

　　相對而言，國內(nèi)的機構(gòu)和企業(yè)布局分散、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化能力較弱，面對即將到來的產(chǎn)業(yè)競爭，國內(nèi)企業(yè)還需要政府通過應用示范工程，達到技術(shù)和產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)快速成熟、產(chǎn)業(yè)能力快速壯大的目的。

　　工程目標

　　以應用示范工程為牽引，帶動 GaN 和 SiC 材料、芯片工藝和器件封裝與系統(tǒng)集成技術(shù)加速發(fā)展，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。GaN 射頻器件在 5G 基站和微基站的國產(chǎn)化率達到 50%，在移動終端領(lǐng)域的國產(chǎn)化率達到 70%;GaN 功率器件在消費類電子領(lǐng)域的國產(chǎn)化率達到 80%，SiC 功率器件在電力路由器、新能源汽車應用領(lǐng)域的國產(chǎn)化率達到 50%。

　　工程任務

　　開展 SiC 基 GaN 外延材料與 GaN 射頻器件、Si 基 GaN 外延材料與 GaN 功率器件、SiC 功率器件及其模塊封裝與系統(tǒng)集成等方面的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

　　在 GaN 外延材料方面，突破 6 in 高質(zhì)量 SiC 基 GaN 外延材料生長技術(shù)，進一步降低異質(zhì)外延 GaN HEMT 材料中的位錯和缺陷密度，顯著提升 AlGaN / GaN、AlN / GaN、InAlGaN / GaN 異質(zhì)結(jié)材料質(zhì)量、電學性能和可靠性。通過材料體系、生長技術(shù)和電路設計技術(shù)的創(chuàng)新，GaN 微波大功率器件工作電壓提高到 100 V 以上，開發(fā) 10 kW 以上 GaN 微波功率器件，在 175℃結(jié)溫下的平均失效時間(MTTF)達到千萬小時，GaN 微波功率器件和單片電路性能達到國際先進水平。

　　在 GaN 功率器件方面，首先實現(xiàn) 8 in Si 基 GaN 外延材料和功率器件技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。GaN 功率器件的額定電壓達到 650 V，導通電阻低于 10 mΩ，封裝后功率模塊的電流達到 100 A，滿足各類電源適配器、光伏逆變器、車載充電器等應用需求。

　　開發(fā) SiC 高壓器件所需的大尺寸、高均勻性、低缺陷密度襯底和超厚 SiC 外延材料。開發(fā)萬伏級 SiC 二極管、金屬–氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)等高壓 SiC 電力電子芯片;開發(fā)千安級 SiC 高溫、高壓、大功率封裝模塊;建立高壓、大功率 SiC 功率器件與模塊的測試、可靠性評價體系。

　　采用高壓、大功率全 SiC 模塊，開發(fā)新型電力路由器，并具備工程示范應用能力;開發(fā)車規(guī)級的 1200 V 和 1700 V 全 SiC 功率模塊，開發(fā)車載充電和電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，并通過車規(guī)級認證。