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1、济南市高性能半导体 产业链发展规划（20132020 年）以碳化硅、氮化镓、铌酸锂为代表的高性能半导体晶体广泛应用于信息传输、光存储、光通讯、微波、LED、汽车电子、航空航天、高速列车、智能电网和超高压输变电、石油勘探、雷达与通信等国民经济和军工领域。随着经济社会的快速发展，碳化硅、铌酸锂等高性能半导体材料、器件和应用产品需求日益旺盛。据不完全统计，我国年进口高性能控制器件和光电子器件超过3000亿美元。为加快培育我市高性能半导体产业集群，建设国内领先、国际先进的产业基地，特制定本规划，规划期为2013年2020年，近期为20132016年。本规划所指的高性能半导体产业主要包括：碳化硅、铌酸锂
2、等晶体材料制备和加工，碳化硅、铌酸锂薄膜器件及下游应用产品的开发生产，相关装备制造，产业链涉及的关键配件和配套产业等。一、国内外发展现状（一）碳化硅产业发展现状。碳化硅单晶材料是目前发展最为成熟的第三代半导体材料，其禁带宽度是硅的3倍，饱和电子漂移速率是硅的2倍，临界击穿电场大于硅的10倍或砷化镓的5倍，热导率是蓝宝石的20倍或砷化镓的10倍，化学稳定性好，在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波等电子应用领域和航天、军2工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。碳化硅晶体材料生长、加工难度极大，目前世界上只有少数几家企业能够实现碳化硅晶体材料的产业化。美国科锐公司（Cree）是碳化硅半
3、导体行业的先行者和领先者，已研制出了6英寸碳化硅衬底片。2012年，该公司碳化硅晶体材料的产量在80100万片之间，控制了国际碳化硅衬底片的市场价格和质量标准。美国二六（II-VI）、道康宁（Dow Corning）、德国SiCrystal AG、日本新日铁等公司也相继推出了23英寸碳化硅衬底片生产计划，抢占碳化硅市场份额。国内自上世纪90年代以来，山东大学、中科院等高校和科研院所相继开展了碳化硅单晶生长技术的研究。2011年，山东天岳公司在消化吸收山东大学研究成果的基础上，成功实现碳化硅衬底片的产业化，成为世界上少数几家同时掌握N型和半绝缘型碳化硅半导体材料生产技术的企业之一，晶体生长和衬底
4、加工技术达到世界先进水平，打破了西方发达国家对我国的技术垄断和封锁。此外，北京天科合达具备了生产2-4英寸导电型碳化硅衬底片的生产能力，并开展了非掺杂半绝缘碳化硅晶体生长技术的研发。随着碳化硅衬底材料技术的不断改进，器件研制发展迅速。科锐公司拥有基于碳化硅衬底的LED制造材料、外延、芯片、封装、应用等不同层面的核心技术，并与世界知名LED生产企业通过交叉授权的方式建立LED行业技术壁垒，垄断了高端LED市场。2013年，科锐公司推出的耐压为1200V 碳化3硅基金氧半场效晶体管（MOSFET），已经应用在太阳能发电用逆变器、高电压输出DC/DC转换器以及马达驱动用逆变器等装置中。三菱电机利用碳
5、化硅基肖特基二极管（SBD）和碳化硅基MOSFET生产的电机变频器，与硅基器件制造的同类产品相比功耗减少70%，整机体积减小75%。罗姆公司推出的第二代碳化硅基SBD和碳化硅基MOSFET产品，已在大金空调、铁路用逆变器、阿尔斯通高速铁路、光伏发电系统和电动汽车用快速充电器中使用。飞兆公司的碳化硅基双极结型晶体管（BJT）产品，与硅基同类产品相比耐压值更高，损耗值降低3050%，输出功率提升40%。国内对碳化硅电力电子器件的研究始于20世纪末。从2004年开始，国家通过实施一系列科技计划，大力支持引导碳化硅电力电子器件及相关产业发展，在碳化硅器件结构设计及建模、器件制造工艺技术等方面开展了广泛
6、研究。南车时代电气与中科院微电子所合作开发了600V和1200V/20A 碳化硅SBD器件工程片、碳化硅MOSFET器件样品。济南市半导体元件实验所、济南晶恒电子有限责任公司联合国内有关单位承担了国家碳化硅器件重大专项项目，开展了碳化硅肖特基二极管项目的研制。但总体上，我国在高压碳化硅电力电子器件制造工艺技术、产业化推广方面与国外存在较大差距。近年来，美、日和欧洲发达国家均把发展碳化硅半导体产业列入国家战略，聚集精英人才，投入巨资加快推动。美国国防部投资 10 亿美元，实施宽禁带半导体专项计划，重点4解决碳化硅宽禁带半导体材料、工艺制造、封装与可靠性方面等问题；日本将“利用宽带隙半导体材料（如
7、碳化硅、氮化镓等）制成的高性能功率器件有望显著促进清洁经济型能源体系的建立”列入了综合科学技术发明战略(即“首相战略”)。根据国外权威机构分析报告显示，今后一段时期，碳化硅晶体材料及器件将保持年均 30%以上的快速增长。预计到2020 年，全球市场容量将达到 1800 亿美元以上。（二）铌酸锂产业发展现状。铌酸锂（LiNbO3）晶体是集电光、声光、压电、光弹、非线性、光折变及激光活性等效应于一体的人工合成晶体。基于铌酸锂单晶薄膜生产的光电子器件与传统产品相比体积可缩小百万倍以上。一片直径 3 英寸铌酸锂单晶薄膜信息存储量达 70T（相当于 10 万张 CD），读写速度达纳秒级，可以实现信息存储
8、领域的高密度数据存储。铌酸锂单晶晶体材料可广泛应用于声表面波、电光调制、光陀螺、光参量振荡、光全息存储等器件，在手机、电视机、光通讯、激光测距、电场探测器等以及军工领域具有重要作用。目前，包括美国晶体科技、日立材料和日本NTT等公司在内的国内外数十家企业及科研单位正在从事铌酸锂晶体材料的研发。由于制备技术困难，全球范围内没有研制出直径2英寸以上的工业应用级铌酸锂单晶薄膜材料，难以实现产业化。瑞士联邦理工学院和哥伦比亚大学仅制备出约1平方厘米的铌酸锂单晶薄膜用于实验室研究。国内宁夏东方钽5业股份有限公司、浙江德清微光元件有限公司、浙江金盛光电有限公司和福建福晶科技股份有限公司等企业开展了铌酸锂单
9、晶薄膜材料制备的试验研究，但研究进展缓慢。济南晶正科技有限公司攻克了从实验室到工业化生产的技术难题，研制出直径3英寸、厚度300-700纳米铌酸锂单晶薄膜产品，填补了世界空白。随着基础材料铌酸锂单晶薄膜材料制备技术实现突破，新型元器件产品将不断出现及加快应用，形成数千亿美元的巨大市场。二、发展优势和问题（一）独有的产业基础。山东天岳是目前国内最大的碳化硅单晶材料生产和加工企业，拥有 20 台碳化硅单晶生长炉，年产碳化硅单晶材料 2 万片，年产 35 万片功能器件用碳化硅衬底项目正在加快建设。济南晶恒、同欣等下游企业发展较快。济南晶恒已具有硅基 35300W655A 的大功率MOS 管和 50A
10、、75A、100A、150A/600V、1200V 等大电流大功率 IGBT 模块电路生产制造能力，正在实施的国家重大工程项目达产后，可年产 2 万片 6 吋硅基芯片。济南晶正电子科技有限公司是全球唯一实现铌酸锂单晶薄膜工业化生产的企业，首期年产 1 万片铌酸锂单晶薄膜项目已在济南综合保税区开工建设，并与复旦大学、北京大学、牛津大学等联合开发基于铌酸锂单晶薄膜的新型材料以及光电子器件产品。山东华光光电子股份有限公司是国内最早专业从事化合6物半导体外延片及光电子器件研发与生产的企业，现已形成年产各类 LED 管芯 240 亿粒、LD 器件 600 万只的生产能力。宝世达等 LED 封装测试和应用
11、开发企业也形成一定规模。（二）突出的技术优势。山东大学晶体材料国家重点实验室承担了多项国家重大科技课题，在碳化硅晶体生长方面取得重大突破，为实现碳化硅晶体材料产业化奠定了基础。山东天岳依托山东大学研究成果，自主研发了晶体生长设备，与美国科锐公司等企业一起成为世界上仅有的几家同时掌握N型和半绝缘型碳化硅半导体材料生产技术的企业，碳化硅衬底产品达到微管密度1个/平方厘米的世界先进水平。山东天岳与山东大学联合建立碳化硅半导体产业研发中心，研究内容覆盖碳化硅半导体产业链条各环节。济南晶恒肖特基势垒整流二极管和DB系列双向触发二极管产品的生产规模、质量水平居国内首位、国际领先，新研发的产品将打破国际垄断
12、，保障国家安全。济南晶正电子科技有限公司铌酸锂单晶薄膜制备关键技术粒子注入技术获国家自然科学二等奖，设有山东省中美晶体薄膜材料研发中心，获得了国家863计划和国家自然科学基金重点项目支持，拥有国际PCT发明专利1项。山东省科学院能源研究所引进国际知名专家王立秋团队与山东天岳、济南晶正电子开展产学研合作，进行碳化硅晶体生长非线性计算和铌酸锂单晶薄膜生产构型优化研究。山东华光的蓝宝石衬底LED芯片、LD芯片技术水平国内领先。7（三）政府高度重视。山东省、济南市高度重视高性能半导体产业发展，省、市各级主要领导多次到企业调研，召开现场会议，研究支持措施，解决企业实际困难。各级、各有关部门加大对山东天岳
13、、济南晶正电子等核心企业和相关配套企业的支持力度，在土地指标、手续办理、配套设施建设等方面出台优惠政策。省、市两级新能源产业发展、产业引导、科技重大专项等财政资金优先支持高性能半导体产业发展。但应当看到，济南市高性能半导体产业发展还存在一些问题，主要表现在：产业链上游材料生产企业发展处于起步阶段，整体规模较小，综合实力亟待提升，龙头带动作用尚未形成；下游关键器件和应用产品生产企业缺失，尚未形成产业链；缺乏推进产业发展的政策措施，扶持力度有待进一步加大等。三、发展思路和目标（一）发展思路。以科学发展观为指导，围绕“加快科学发展，建设美丽泉城”的中心任务，加大引资、引技、引智力度，完善创新发展政策
14、体系；巩固现有碳化硅、铌酸锂晶体材料生产的技术优势，尽快扩大生产规模，研发生产更大尺寸的高性能半导体晶体材料；以功率器件、微波器件、光储存器件、大功率半导体照明器件的研发生产和推广应用为重点，着力打通产业链关键环节，努力延伸产业链条，提升高性能半导体产业综合竞争力，建设国内领先、国际先进的碳化硅半导体产业和光8电子产业基地。（二）发展原则。市场主导，政府推动。充分发挥市场配置资源的决定性作用，主动适应市场需求，营造良好市场环境，调动各类主体积极性。加强政府规划引导、政策支持和组织协调，整合优势资源向重点领域和关键环节倾斜支持。统筹规划，重点突破。强化规划引导，统筹产业链各环节，发挥技术优势，占
15、据价值链高端。明确发展重点，引导资金、人才持续投入制约产业链发展的薄弱环节和关键技术，实现重点突破，促进产业链协调发展。创新驱动，人才支撑。着力提升企业自主创新能力，完善技术创新体系，推动原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，掌握关键核心技术。加大高层次人才培养、引进力度，打造一批领军人才队伍，抢占产业制高点。龙头带动，集聚发展。突出核心材料生产企业和重点项目带动作用，加强引资、引技、引智工作力度，强化产业配套，促进产业集聚和规模扩张。完善扶持政策，积极引导各类要素资源向产业集聚区集中，做大做强产业集群。（三）发展目标。总体目标：碳化硅单晶材料、铌酸锂单晶薄膜核心技术优势和产业规模显著提升，
16、在全球形成较强的影响力；形成基于碳化硅、铌酸锂的功率器件、微波器件、信息存储、大功率半导体照明器件生产和应用为核心的产业集群；培育一批9掌握核心技术、具有国际竞争力和影响力的品牌企业，建成一批具有国际先进水平的公共研发、检测和服务的平台；建成国内领先、国际先进的碳化硅半导体产业基地和光电子产业基地。1.近期目标（2013 年-2016 年）。碳化硅衬底材料生产规模达到 35 万片/年，销售收入突破 20 亿元，实现 6 英寸及以上的碳化硅晶体材料生长，产品质量接近国际先进水平。铌酸锂单晶薄膜材料生产规模达到 3 万片/年，销售收入 7.5 亿元；带动全国高性能半导体器件生产及应用产品销售收入500 亿元；突破高性能半导体功率器件、微波器件、光存储、声表面波以及大功率光电子器件的生产技术瓶颈，申请核心专利 100 项，牵头或参与国际标准、国家标准和行业标准制订；发展 3-5 家掌握核心技术、拥有较多自主知识产权、自主品牌的龙头企业，培植 10-15 家上下游创新性高技术企业；建设开放性的国家公共技术研发和检测平台，建成国内领先的碳化硅半导体和光电子产业基地。2.远期目
