由于中國在第三代半導體材料相關(guān)研究領(lǐng)域起步較晚，在材料獨立制備方面仍面臨困難。同時，我國對基本材料問題關(guān)注不夠；一旦投資和支持不足，相關(guān)人才難以吸引，人才隊伍建設問題將逐漸成為發(fā)展瓶頸。

夜幕降臨的北京，如果你有機會乘公共汽車經(jīng)過北四環(huán)，你會被閃亮多彩的鳥巢和水立方所吸引，甚至停下來欣賞。

這些彩色建筑的背后，主要是由于半導體照明技術(shù)的充分應用。

可惜的是，水立方44萬套led照明設備，鳥巢約25個.8萬套LED所有照明設備都是從美國購買的（CREE）公司，很難找到國產(chǎn)的痕跡。

事實上，隨著第三代半導體材料成為全球半導體研究的前沿和熱點，中國正在趕上半導體材料發(fā)光設備、微波功率設備等關(guān)鍵研究領(lǐng)域，甚至開始試生產(chǎn)和試用。然而，與外國同行相比，差距仍然存在。

最大的瓶頸是什么？它是原材料。中國科學院半導體研究所研究員、中國電子學會半導體與集成技術(shù)分會秘書長王曉亮表示，原材料質(zhì)量和制備問題亟待解決。

寬禁帶前景廣闊

材料、信息和能源構(gòu)建的當代文明社會是必不可少的。中國科學院院士、半導體物理專家黃坤和夏建白曾指出，半導體不僅具有極其豐富的物理內(nèi)涵，而且其性能可以被不斷發(fā)展的精密過程控制，可以說是最重要的材料。

與第二代半導體材料(以砷化鎵和磷化鎵為代表)相比，氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）寬禁帶半導體材料具有功率密度大、體積小、質(zhì)量輕等特點，應用前景廣闊，被認為是第三代半導體材料。

特別是在半導體照明和微波功率設備方面，許多國家加強了新一代半導體材料的部署，不愿落后。王曉亮說，半導體白光照明聲稱是愛迪生發(fā)明燈泡后的第二次照明革命。

目前，半導體發(fā)光器件的應用范圍很廣，幾乎可見的各種信號燈、車內(nèi)照明、信息屏幕、彩色顯示設備，甚至實現(xiàn)白光照明。

半導體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長吳玲認為，未來幾年，中國將有機會成為世界半導體照明產(chǎn)業(yè)強國。

王曉亮告訴記者，氮化鎵的功率密度是砷化鎵的10~30倍；此外，其極端工作溫度相對較高，削弱了散熱問題。由該材料制成的微波功率設備將更好地應用于通信、雷達、移動基站、信息處理、自動控制等關(guān)鍵領(lǐng)域。

在微波功率器件上的應用，是各國爭奪的戰(zhàn)略高地。王曉亮說，這些無論是在軍用領(lǐng)域還是在民用市場，都非常重要。

由寬禁帶半導體材料制備的新一代電力電子設備損耗較低，效率較高，預計將在智能電網(wǎng)項目中展示其技能。王曉亮告訴記者，新一代電力電子設備（如氮化鎵和碳化硅材料的功率開關(guān)）將在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度中發(fā)揮節(jié)能效果，減少電力損失。

跨越發(fā)展的機遇

如果能抓住以氮化物為代表的寬禁帶半導體材料的發(fā)展機遇，就會給我們實現(xiàn)跨越式發(fā)展的機遇。王曉亮說。

毫無疑問，作為世界上最大的電子產(chǎn)品設備生產(chǎn)和消費國和最大的半導體材料消費國，中國在半導體材料方面具有重要的戰(zhàn)略意義。

在崛起和發(fā)展的過程中，一些西方國家從未停止過對中國的騷擾，并試圖遏制我們的發(fā)展。軍事、經(jīng)濟、貨幣等方面的抑制，歸結(jié)為科技力量的競爭。王曉亮說，只有依靠科技創(chuàng)新，才能有獨立的保障，不會受到別有用心的力量的約束。

據(jù)王曉亮介紹，美國早在1993年就開發(fā)了第一種氮化鎵材料和設備，中國最早的研究團隊中國科學院半導體研究所也于1995年開始了這項研究，并于2000年進行了研究HEMT結(jié)構(gòu)材料(高電子遷移率晶體管)。

此后，半導體取得了巨大的成就，先后合作開發(fā)了中國第一支GaN基HEMT設備，第一個GaN基x波段微波功率器件，第一塊GaN基微波單片集成電路等。

經(jīng)過多年的創(chuàng)新研究，我國在中國科學院半導體研制的一些研究中也逐漸躋身前列。AlGaN/GaN室溫遷移率超過2100cm2/vs，世界領(lǐng)先。

國外比我們先一步，我們承認差距，但我們應該學習他們的先進經(jīng)驗，節(jié)省我們的資源和時間成本，跨越發(fā)展，最終通過自主創(chuàng)新實現(xiàn)超越。王曉亮說。

自主制備面臨困難

王曉亮表示，中國在自主制備第三代半導體材料方面仍面臨困難。

湖南大學應用物理系副教授曾健平撰文指出，目前我國對SiC晶元的制備仍然是空缺，實驗材料大多來自美國。新材料的制備需要新的生產(chǎn)線和新的工藝。目前，中國的大部分設備都是從國外進口的。

MOCVD系統(tǒng)是LED隨著化合物半導體器件市場的不斷擴大，生產(chǎn)外延片和微波功率異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的必要設備，MOCVD對系統(tǒng)的需求不斷增我國幾乎全部依賴進口。

據(jù)了解，世界上主要的東西MOCVD德國是設備供應商AIXTRON公司和美國VEECO公司對單臺MOCVD該設備報價2000萬元，而我國2012年即購數(shù)十臺，費用驚人。

即便如此，類似MOCVD系統(tǒng)等關(guān)鍵設備涉及國防技術(shù)，即使依靠進口也很難獲得最佳性能。你能在國外隨便賣給你最好的設備嗎？王曉亮問道。

據(jù)悉，自20世紀80年代以來，中國MOCVD設備本土化之路并不順利。到目前為止，中國MOCVD設備仍處于工程樣機階段，目前僅用于科研，尚未提供成熟的工業(yè)生產(chǎn)MOCVD設備制造商。

材料本身的顯示度很小，人們對材料的關(guān)注很容易減弱。王曉亮認為，材料制備欠款的原因之一是材料沒有得到應有的重視。

材料位于產(chǎn)業(yè)鏈中的上游，如果對材料重視不夠，中游的器件和電路、下游的系統(tǒng)可想而知。王曉亮說，產(chǎn)業(yè)鏈下游的產(chǎn)出要以上游材料為基礎，而事實上我國對基礎的材料問題的關(guān)注度不夠；一旦投入與支持的力度不夠，相關(guān)人才便很難被吸引，人才隊伍建設的問題也將逐漸成為發(fā)展瓶頸。