先进半导体材料在 5G、能源互联网及新能源汽车领域的应用示范工程-华普通用

先进半导体材料在 5G、能源互联网及新能源汽车领域的应用示范工程

　　需求与必要性

　　化合物半导体材料和器件在 5G、能源互联网、新能源汽车、光伏逆变器等领域的应用，符合智能化发展、节能减排、产业自主可控等国家重大战略需求，能够为相关产业抢占未来发展的战略性和引领性技术制高点提供关键技术和产业支撑。

　　未来 5 年，GaN 射频器件将在 5G 基站、微基站和移动终端中迎来巨大市场，GaN 功率器件将在消费类电子、数据中心服务器电源和光伏逆变器领域得到广泛应用;SiC 功率器件将在能源互联网中的电力路由器、新能源汽车中得到广泛应用。未来 5 年，上述 3 个发展方向的国内市场规模将超过千亿元。

　　现阶段，化合物半导体相关技术已经具备产业化基础，在 5G、新能源并网、新能源汽车等领域的应用市场已经启动。国际上，为提高未来的竞争力，美国科锐公司、德国英飞凌科技公司、日本罗姆半导体集团等产业龙头企业已经开始了产业与市场布局。

　　相对而言，国内的机构和企业布局分散、技术和产业化能力较弱，面对即将到来的产业竞争，国内企业还需要政府通过应用示范工程，达到技术和产业协同发展、产业化技术快速成熟、产业能力快速壮大的目的。

　　工程目标

　　以应用示范工程为牵引，带动 GaN 和 SiC 材料、芯片工艺和器件封装与系统集成技术加速发展，实现产业化。GaN 射频器件在 5G 基站和微基站的国产化率达到 50%，在移动终端领域的国产化率达到 70%;GaN 功率器件在消费类电子领域的国产化率达到 80%，SiC 功率器件在电力路由器、新能源汽车应用领域的国产化率达到 50%。

　　工程任务

　　开展 SiC 基 GaN 外延材料与 GaN 射频器件、Si 基 GaN 外延材料与 GaN 功率器件、SiC 功率器件及其模块封装与系统集成等方面的技术研发和产业化。

　　在 GaN 外延材料方面，突破 6 in 高质量 SiC 基 GaN 外延材料生长技术，进一步降低异质外延 GaN HEMT 材料中的位错和缺陷密度，显著提升 AlGaN / GaN、AlN / GaN、InAlGaN / GaN 异质结材料质量、电学性能和可靠性。通过材料体系、生长技术和电路设计技术的创新，GaN 微波大功率器件工作电压提高到 100 V 以上，开发 10 kW 以上 GaN 微波功率器件，在 175℃结温下的平均失效时间(MTTF)达到千万小时，GaN 微波功率器件和单片电路性能达到国际先进水平。

　　在 GaN 功率器件方面，首先实现 8 in Si 基 GaN 外延材料和功率器件技术产业化。GaN 功率器件的额定电压达到 650 V，导通电阻低于 10 mΩ，封装后功率模块的电流达到 100 A，满足各类电源适配器、光伏逆变器、车载充电器等应用需求。

　　开发 SiC 高压器件所需的大尺寸、高均匀性、低缺陷密度衬底和超厚 SiC 外延材料。开发万伏级 SiC 二极管、金属–氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及门极可关断晶闸管(GTO)等高压 SiC 电力电子芯片;开发千安级 SiC 高温、高压、大功率封装模块;建立高压、大功率 SiC 功率器件与模块的测试、可靠性评价体系。

　　采用高压、大功率全 SiC 模块，开发新型电力路由器，并具备工程示范应用能力;开发车规级的 1200 V 和 1700 V 全 SiC 功率模块，开发车载充电和电机驱动控制系统，并通过车规级认证。