功率半導(dǎo)體是如何一步步發(fā)展過來的？它主要應(yīng)用于哪些行業(yè)領(lǐng)域？相較國外，國內(nèi)功率半導(dǎo)體的發(fā)展怎么樣？未來的發(fā)展前景如何？中國企業(yè)在功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有什么進(jìn)展？……帶著疑問，讓我們一起走進(jìn)功率半導(dǎo)體的世界。
功率半導(dǎo)體的發(fā)展概況
20世紀(jì)50年代，功率二極管已經(jīng)發(fā)明，起初用于工業(yè)和電力系統(tǒng)。到了60-70年代，以半控型晶閘管為代表的功率器件由于其體積小、明顯的節(jié)能功效引起廣泛重視，快速發(fā)展。80年代，晶閘管的電流容量已達(dá)6000安，阻斷電壓高達(dá)6500伏。同一階段，工作效率達(dá)到兆赫級(jí)的硅基MOSFET也發(fā)展起來，功率器件正式進(jìn)入電子應(yīng)用時(shí)代。另外，硅基IGBT出現(xiàn)使得功率器件可以具備大功率化與高頻化為一體。二十一世紀(jì)前后，將功率器件與集成電路集中在同一芯片中，功率器件集成化使器件功能趨于完整。發(fā)展至今，MOSFET和IGBT逐漸成為主流。此外，第三代半導(dǎo)體材料是功率半導(dǎo)體器件未來的發(fā)展方向，基本已是業(yè)內(nèi)共識(shí)。
近年來，以汽車、高鐵為代表的交通工具，以光伏、風(fēng)電為代表的新能源領(lǐng)域，以手機(jī)為代表的通信設(shè)備，以電視機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱為代表的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，都在加速發(fā)展電子化。由于功率半導(dǎo)體是電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)元器件之一，故而它在產(chǎn)業(yè)電子化升級(jí)過程中扮演著不容小覷的角色。然而現(xiàn)階段，我國廠商主要集中在二極管、晶閘管、低壓MOSFET等低端功率器件領(lǐng)域，而像IGBT、中高壓MOSFET等高端器件主要由歐美日廠商占據(jù)。據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國功率半導(dǎo)體行業(yè)市場(chǎng)運(yùn)作模式及投資前景展望報(bào)告》指出：目前中國的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模占全球市場(chǎng)規(guī)模35%左右，是全球最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，約為940.8億元。雖然市場(chǎng)蛋糕很大，但是國內(nèi)功率半導(dǎo)體自給率低，尤其是中高端MOSFET及IGBT器件中，90%依賴于進(jìn)口來滿足。實(shí)現(xiàn)"國產(chǎn)替代"是中國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自強(qiáng)不息、當(dāng)仁不讓的使命。
內(nèi)外驅(qū)動(dòng)力齊作用，功率半導(dǎo)體2020逆風(fēng)而上
根據(jù)美國最新的制裁，華為或?qū)o芯可用的困局一觸即發(fā)。9月4日又傳來消息：美國國防部一名官員消息稱特朗普政府正考慮是否將中國頂級(jí)芯片制造商中芯國際（SMIC）列入"貿(mào)易黑名單"。面對(duì)美國蠻橫的步步緊逼，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)崛起的步伐不得不再邁大一些，再邁寬一些。
正如蓮花出于淤泥，身處惡劣的大環(huán)境中，是危機(jī)重重，不過也蘊(yùn)藏勃勃生機(jī)。同是9月4日，國內(nèi)消息稱，中國正在規(guī)劃將大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)寫入"十四五"規(guī)劃之中，一時(shí)半導(dǎo)體行情見漲，產(chǎn)業(yè)上下備受鼓舞�；赝β拾雽�(dǎo)體近來發(fā)展，整個(gè)行業(yè)也呈現(xiàn)發(fā)展強(qiáng)勢(shì)。2019年第二季度后，我國的功率半導(dǎo)體行業(yè)營收開始從低迷里回升；2020年第一季度我國功率半導(dǎo)體仍獲得6.09%的營收增速。良好的發(fā)展主要得力于兩個(gè)方面：一方面是國內(nèi)TOC大廠的需求端持續(xù)放量，并且相較于歐美半導(dǎo)體廠商基本停工停產(chǎn)，我國疫情控制有效恢復(fù)了生產(chǎn)，這大大加快了國產(chǎn)替代速度；另一方面主要是市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，例如新能源車充電樁、5G基建等新基建今年開始全面加速布局，這在一定程度上也助力了國內(nèi)功率半導(dǎo)體的發(fā)展。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，功率半導(dǎo)體未來發(fā)展主要有三個(gè)驅(qū)動(dòng)力：一是功率半導(dǎo)體全球供需關(guān)系不平衡，國內(nèi)功率半導(dǎo)體加快擴(kuò)產(chǎn)；二是國產(chǎn)替代呈現(xiàn)穩(wěn)步加速態(tài)勢(shì)，國產(chǎn)廠商迎來良好的客戶拓展和擴(kuò)大市場(chǎng)份額機(jī)遇，有望在近幾年形成較為明顯的成長(zhǎng)效應(yīng)；三是5G、特高壓、軌道交通、新能源汽車等領(lǐng)域的推廣將明顯帶動(dòng)功率半導(dǎo)體技術(shù)升級(jí)和普及。
中國企業(yè)：相信我們能追得上
盡管功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)追趕空間不小，但是華微電子、中車株洲、揚(yáng)州科技、捷捷微電、蘇州固锝電子、比亞迪等不少國內(nèi)企業(yè)在一些領(lǐng)域上也發(fā)展甚佳，有所突破。
成立于1965年的華微電子，是國內(nèi)功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域首家上市公司。經(jīng)過積累多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)厚積薄發(fā)，該企業(yè)的IGBT薄片工藝、Trench工藝、壽命控制和終端設(shè)計(jì)技術(shù)等方面在國內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國際同行業(yè)先進(jìn)水平。目前華微電子已經(jīng)擁有4英寸、5英寸、6英寸等多條功率半導(dǎo)體分立器件以及IC芯片生產(chǎn)線，今年6月份，華微電子8英寸生產(chǎn)線投入使用。
高鐵是中國在世界上其中一張金名片，可是發(fā)展過程并非一帆風(fēng)順，核心科技"IGBT芯片"之前長(zhǎng)期依靠日本德國進(jìn)口。為此，國家相關(guān)部委2007年將IGBT器件技術(shù)作為我國重大專項(xiàng)課題，投入巨資，集中研發(fā)，前期進(jìn)展緩慢。后來中車株洲拿下了這個(gè)項(xiàng)目，花費(fèi)6年時(shí)間，攻克了30多項(xiàng)難題，終于把IGBT芯片研制成功了，并且順利通過了技術(shù)鑒定。
于2018年9月，比亞迪第一次對(duì)外宣布其新能源汽車采用了自主研發(fā)的IGBT功率半導(dǎo)體器件。除此之外，比亞迪對(duì)性能更優(yōu)異的第三代半導(dǎo)體材料SiC（碳化硅）投入巨資，并成功研發(fā)了SiCMOSFET。今年上市的比亞迪漢EV是國內(nèi)首款應(yīng)用自主研發(fā)SiC模塊的電動(dòng)汽車，標(biāo)注著國內(nèi)自主應(yīng)用第三代半導(dǎo)體材料的開始，更是該材料進(jìn)入中高端產(chǎn)車的開端。
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國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)已走在前所未有的發(fā)展機(jī)遇浪潮中，借用中芯國際創(chuàng)始人、原CEO張汝京在中國第三代半導(dǎo)體發(fā)展機(jī)遇交流峰會(huì)上發(fā)表演講最后的話來說，就是--"做這個(gè)行業(yè)是很寂寞、艱苦的，要有很強(qiáng)的信仰的力量來支撐我們，我們就可以把它做出來。所以我是樂觀，相信我們追得上。"
