目录
2016年第1期(发布时间: Mar 21, 2016 发布者:腾飞)  下载: 2016年第1期.doc       全选  导出
1   2016-03-15 16:46:43.853 硅衬底LED打破专利“魔咒” 重塑LED产业“芯”格局 (点击量:5)

今年政府工作报告提出,启动一批新的国家重大科技项目,建设一批高水平的国家科学中心和技术创新中心,培育壮大一批有国际竞争力的创新型领军企业。全国人大代表、江西省南昌市市长郭安表示,我国硅衬底LED技术已经打破了欧美技术垄断,站到了全球LED产业价值链的顶端,建议国家将硅衬底LED上升为国家战略,支持硅衬底LED技术升级和产业做大做强。

全国人大代表、河北鹏远企业集团董事长朱立秋建议加快硅衬底LED技术大规模产业化发展步伐,上升为“十三五”时期的国家战略,让改写世界LED照明历史的“中国芯”在中国优先得到可持续发展,逐步让“中国芯”走向世界。

一直以来,LED芯片衬底市场就被蓝宝石和碳化硅两大技术二分天下,且核心技术均掌握在欧美及日韩等LED巨头手中。面对国际巨头在专利上的重重包围,硅衬底技术路线的备受肯定和全面铺开不仅标志着LED技术历史上的重大突破,更意味着我国将在LED上游的关键领域实现核心技术自主化。

撬动百亿级市场

在LED上游领域,硅作为一种衬底材料,与当前市场上大为流行的蓝宝石和碳化硅相比,具有低成本、大尺寸、高质量、能导电等优点,被认为是业界最佳的生长氮化镓蓝光LED的衬底材料。采用硅衬底技术的LED芯片具备散热好,产品抗静电性能好、寿命长,可承受的电流密度高等优点,适用于大功率LED照明,且由于硅芯片的单面出光,光指向性好、光品质好的特点,使其在LED手机闪光灯、汽车照明、高端室内照明等对光品质及方向性要求更高的领域极具优势。

如此高性价比的衬底材料,从研发到面世却历经了不少波折,甚至一度被认为“胎死腹中”。但经过南昌大学江风益教授以及晶能光电十余年的不断努力,如今硅衬底技术已经突破关键技术,并成功量产,成为比肩于蓝宝石和硅衬底的第三条革命性LED芯片衬底技术。

作为目前为止全球唯一一家量产硅衬底LED芯片的厂家,晶能光电在硅衬底技术上所取得的成就已有目共睹。其量产的硅衬底大功率LED发光效率已经超过160Lm/W,在同类产品中可与欧美日国际大厂水平相媲美,成功打破了国际大厂对高端大功率LED的垄断。此外,凭借着可靠性好、指向性好、高品质出光、性价比高等特点,晶能光电硅衬底LED在大功率照明领域已有广泛的应用,在某些高端市场如车灯照明、移动照明等已经占据了较大的份额;手机闪光灯已成功进入中兴、华为、联想等国内一线手机品牌。

正是这条与众不同的“芯”路径,让晶能光电自2012年以来实现了高速增长。据悉,在国内大部分LED企业利润严重下滑的市场背景下,晶能光电仍能保持30%的毛利率,销售收入连续三年近100%的增长。2012年开始满产满销,2013年收入3300万美元,2014年6099万美元。

目前以硅衬底LED技术为基础,以晶能光电为核心,通过产业链上、中、下游垂直整合,在全国已形成拥有12家企业的硅衬底LED产业链,初具集群规模,辐射带动效应明显。2014年全产业链实现产值20亿元,2015年达50亿元,未来三年可形成百亿产值规模。

企业争相布局

从当前LED芯片衬底市场来看,虽然蓝宝石和碳化硅(主要采用厂商为CREE)仍然占据着绝大部分江山,但除了晶能光电一家独大之外,几家国际大厂也在大力跟进硅衬底大功率LED芯片技术,如东芝购买了普瑞的技术后快速切入硅衬底;三星宣布接下来的技术路线和产品是硅衬底的芯片。

2014年7月初,东芝(Toshiba)宣布计划于年内正式大规模量产白光LED产品,目标为将其月产能大幅扩增至现行的150倍。而东芝所生产的白光LED,正是采用的2013年4月收购美国普瑞光电(Bridgelux)“GaN-on-Si”(硅基氮化镓)技术后共同开发的LED元件。据悉,东芝最终确定以功率半导体器件的8英寸晶圆技术为基础,并聚集了诸多研发人员,进行大规模硅衬底的研发工作。

此外,在硅衬底技术的发源地——江西南昌,也有多家企业参与其中。在江西省“十三五”规划里,依托硅衬底技术大力发展LED产业群是重头戏之一。江西省当地LED企业已经率先布局。

晶能光电是江西省硅衬底技术的“扛旗”者。该公司不仅授让了该项成果,而且在2008年5月实现了产业化。目前已成为全球第一家量产高功率、高性能的硅衬底LED芯片公司。据公开资料显示,晶能光电曾获金沙江创投大力投资,在其推动下,港股顺风清洁能源于2015年5月收购了晶能光电59%股权。根据双方约定,晶能光电将在市值30亿美元时独立上市。

总部位于江西的A股上市公司联创光电亦值得关注。据公司此前年报披露,早在2007年该公司开展的“基于硅衬底的光电子器件封装及应用”项目即获重大突破,2008年公司与南昌大学合作的“半导体照明高亮度功率白光二极管芯片开发及产业化”项目验收。

打破LED专利“魔咒”

随着越来越多企业的投入和硅衬底技术的日益成熟,LED芯片市场格局将有望被改写。众所周知,目前蓝宝石衬底和碳化硅衬底核心技术均掌握在欧美、日韩等国际巨头手中,对我国LED产业发展形成专利壁垒。而硅衬底技术则是一条完完全全由国人自主掌握核心技术的路线。

“我国LED照明产业起步较晚,但是发展迅猛。目前全球70%的LED照明产品在中国生产制造,我国LED生产企业数量在2万家以上,然而销量却未与之形成正比。这主要是由于中国缺乏关键技术所致。”南昌大学江风益教授表示。

“2010年以后,国内开始发展LED产业,市场主流是引进蓝宝石衬底技术的方式,但是国外专利体系完备,形成了专利封锁线,国内产品很难往外面卖,国外产品在国内利润又很高。”晶能光电(江西)有限公司外研中心副总裁付羿博士有着同样的担忧。

硅衬底技术的出现则另辟蹊径解决了我国专利缺失的问题。据悉,在硅上制备高光效GaN基LED一直是学术界梦寐以求的目标,然而由于硅和GaN巨大的晶格失配和热失配导致的外延膜龟裂、晶体质量差,以及衬底不透明导致的出光效率低等问题长期未能解决,致使业界普遍认为,在硅上制备高光效GaN基LED是不可能的事,硅衬底GaN基LED路线几乎被判“死刑”。

然而经过数千次实验,南昌硅衬底LED项目技术研发团队终于在国际上率先攻克了这一世界难题。同时,在晶能光电每年8000万元以上研发经费的推动下,所生产的硅衬底LED产品各项指标在同类研究中均处于国际领先水平,并与前两条技术路线持平。目前,晶能光电围绕硅衬底LED技术已经申请或拥有国际国内专利330多项,已授权专利147项,其中国际专利47项。

有望掀起LED“芯”革命

硅衬底LED技术从衬底源头上避开了蓝宝石衬底和碳化硅衬底技术路线所形成的国际专利围剿,可从小功率LED芯片技术到高难度的大功率LED芯片技术,形成自有的专利体系。同时它也是中国自主研发、拥有完全自主知识产权的技术路线,将构建中国LED产业标准,对我国的LED产业格局有望产生革命性的影响。

清楚LED发展历史的人都知道,硅衬底LED技术改写了半导体照明历史。“用普通的设备,更低成本的工艺生产LED”,美国麻省理工大学《科技创业》杂志2011年评选的“全球最具创新力企业50强”中,晶能光电凭此与Apple、IBM等公司一同上榜。

“这一技术改变了日本公司垄断蓝宝石衬底和美国公司垄断碳化硅衬底半导体照明技术的局面,形成了蓝宝石、碳化硅、硅基半导体照明技术方案‘三足鼎立’的局面。”国家“863”专家组如是评价。

“中国已经超越美国成为全世界最大的LED应用市场,如果硅基氮化镓技术获得中国政府大力推广,中国市场的变化最终也会牵引全球产业变迁。”有LED行业人士如此分析。 除LED照明领域外,接受采访的业内人士均看好硅基氮化镓在集成电路领域的广泛应用。某LED上市公司研发人员表示,虽然公司暂未涉及硅基发光领域的研究,但非常看好硅基氮化镓与IC制程的结合,这可能将使得计算机CPU实现光子传输。一位业内致力于该领域的人士则称硅基氮化镓在硅光子、传感器、功率器件、RF射频等领域都具有广泛的应用需求。

“从国家战略层面而言,硅衬底技术是我国拥有自主知识产权的技术路线,完全可以构建中国完全自主的LED产业。未来,随着硅衬底高光效GaN基LED逐步在中国取得突破,它将打破由日、美公司的蓝宝石和碳化硅衬底的技术垄断,形成半导体照明技术三足鼎立的局面。”参与本次项目工作的晶能光电(江西)硅基LED研发副总裁孙钱表示。

2   2016-03-02 18:10:43.137 南京出台多项政策打造集成电路产业基地 (点击量:5)

2020年,南京将实现集成电路产业销售收入500亿元,成为全国集成电路重点城市。记者从市经信委了解到,市政府即将出台《关于加快推进集成电路产业发展的意见》和《关于加快推进集成电路产业发展的若干政策》,将集成电路产业作为全市重点打造的战略性新兴产业,引进重大项目,形成全产业链布局,形成全国具有重要影响力的集成电路产业基地,研发能力达到国际领先水平。

发展目标:年增60%,实现南京集成电路产业“跨越式发展”

集成电路,英文缩写为IC,是指把一定数量的常用电子元件,如电阻、电容、晶体管等以及这些原件之间的连线,通过半导体工艺集成在一起的、具有特定功能的电路。人们常说的“芯片”就是集成电路。集成电路产业是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。

我国拥有全球规模最大的集成电路市场,但相关产业也是中国大陆的“弱项”。据统计,芯片目前已经超越石油,成为大陆第一大进口商品。因此,国务院和江苏省相继出台了《国家集成电路产业发展推进纲要》和《省政府关于加快全省集成电路产业发展的意见》,提出加快追赶和超越的步伐,努力实现“跨越式发展”。

市经信委相关负责人告诉记者,“跨越式发展”,也是我市加快推进集成电路产业发展的关键词。市政府即将出台的《意见》提出,到2020年,我市集成电路产业规模将达500亿元,年均增幅60%以上。足见我市发展集成电路产业的强大决心和宏大气魄。

实现高标准发展目标,我市有充足的底气。南京是全国重要的科教中心城市、全国首家 “中国软件名城”和国内重要的电子产业基地。全市电子信息制造业规模在全国15个副省级城市位居第四,软件信息服务业主营收入全国城市位居第四。南京电子信息产业规模和水平均处于国内前列,为下一步加快集成电路产业发展奠定了良好的产业基础。

同时,南京具有优势突出的科教人才优势,每万人在校大学生数量全国第一、每万人在校研究生数量全国第二、“两院”院士人数全国城市第三、“~”人数全国第三。在集成电路人才培养方面,东南大学、南京大学、南京理工大学、南京邮电大学等高等院校每年培养大批相关专业毕业生,东南大学是教育部和科技部联合批准的国家集成电路人才培养基地;在集成电路科研方面,南京拥有东南大学国家专用集成电路研究中心、南京大学微机构国家实验室、南京大学微电子设计研究所、东南大学射频与光电集成电路研究所等一批国内技术领先研发机构。南京深厚的人才科技优势是实现集成电路快速发展的重要支撑。

近年来,我市积极抢抓集成电路产业新一轮发展机遇,明确将集成电路产业作为全市“十三五”期间重点打造的战略性新兴产业。省政府《关于加快全省集成电路产业发展的意见》中,也明确提出在“十三五”期间,将加快以南京等市为中心的沿江集成电路产业带建设。

“跨越式发展”不仅意味着规模的快速扩张,还意味着在产业链建设上实现重点突破。我市提出,未来5年通过重大项目的引入,在集成电路制造、设计等关键环节上形成突破,使南京成为拥有国际领先水平芯片制造生产线和达到国际领先水平设计研发能力的集成电路重点城市。

日前,江北新区已被正式列为省级集成电路产业发展基地。在空间布局上,江北新区将是南京加快集成电路产业发展的主要载体,目前正在积极引进一批国际龙头型旗舰型重大集成电路项目。为形成良好的产业生态环境,我市将在产业链上下游协同合作、技术创新体系建设、人才培养体系建设、金融资本和产业对接等方面实现重点企业、高等院校、金融机构、产业基地之间协同融合,走协同发展之路。

产业政策:突出扶持重大项目、发挥产业基金引导作用

提升技术研发能力、优化空间布局、突破产业链关键环节、加大人才培养力度、推广应用安全可靠产品……实现集成电路产业“跨越式发展”,必须具备强有力的保障措施。

据悉,我市除将成立由市政府主要领导任组长的南京市集成电路产业发展领导小组,以及由专家组成的市集成电路咨询委员会,以加强组织领导外,还将从突出对重大项目的扶持、发挥产业基金引导作用、强化人才引进服务、优化产业发展环境等几个方面入手,力推南京进入全国集成电路重点城市第一方阵。

百亿元以上芯片项目将获专项资金重点支持

市经信委相关负责人介绍,我市将设立集成电路专项资金,提供诸多方面支持,主要包括:

对12英寸、线宽28纳米及以下、投资规模百亿元以上集成电路芯片生产项目给予重点支持,同时针对芯片生产项目引进的设计研发、封装测试、设备和材料等产业链配套项目给予相应支持;

支持我市整机企业首购首用重点发展领域的本地集成电路设计企业自主开发的芯片;

对符合我市集成电路产业布局要求,并经市级认定的提供相应服务的公共服务平台,按照为各类中小企业提供实际服务的成效给予扶助;

另外,国家规划布局内的集成电路设计企业,年度营业收入实现突破的,将奖励核心团队。

设立产业基金,重点支持产业链关键环节项目

2014年,我国设立规模高达1200亿人民币的集成电路产业投资基金,在国内外产业界引起强烈反响。一年多来,这支被业内称为“大基金”的力量有力支持了清华紫光、中芯国际、长电科技等中国集成电路企业的发展,起到了良好的产业推动效果。

市经信委相关负责人告诉记者,我市也将建立相关产业基金,重点支持产业链关键环节投资项目建设、重点产业基地公共服务平台建设、重点企业兼并重组和重点产品产能水平提升,并积极承接国家和江苏省相关产业投资基金,配套支持我市重大集成电路产业项目。

鼓励集成电路企业上市挂牌、并购重组

集成电路企业发展离不开投融资的支持。为此,我市将鼓励各类金融机构加大信贷支持力度。支持商业银行加大并购贷款服务力度,推动集成电路企业并购重组。支持融资性担保机构和融资租赁公司发展,为中小集成电路企业提供担保及租赁服务。

同时,鼓励集成电路企业改制上市,支持集成电路企业充分利用主板、中小板、创业板等多层次资本市场上市融资发展。企业上市后,分别并按上市挂牌进程分阶段给予支持。

高层次集成电路人才优先申报“~”

人才,尤其是领军型人才,将是集成电路产业决胜的关键。南京要实现“跨越式发展”,离不开人才的引进和培养。

为此,我市将出台政策,每年评选全市集成电路产业领域杰出贡献人才并给予奖励。优先支持集成电路高层次人才申报国家“~”、“~”、省“双创计划”等,在“创业南京”人才计划申报中设立集成电路专项,引导重点区域引进培育集成电路创业人才。

我市还将建立集成电路高层次人才认定标准,经认定的集成电路高层次人才(团队)可获得政府扶助,并在子女就学、配偶就业、人才公寓、社保户口、出入境等方面享受便利。

企业申请专利及购买知识产权可获支持

为加强对集成电路相关知识产权的综合保护,我市知识产权局、工商局、版权局等相关部门将依法对相关专利、集成电路布图设计及集成电路产品、商业秘密、软件著作权等加强保护,并配合司法机关维护知识产权所有人的合法权益。而集成电路企业申请国内外专利,获得知识产权,以及集成电路设计企业购买IP(知识产权),将可获得政府支持。

3   2016-03-15 16:47:30.607 集成电路产业基金落户泉州 目标规模500亿 (点击量:1)

为贯彻落实中央支持福建布局集成电路产业的战略部署,27日,泉州市政府、国家集成电路产业投资基金股份有限公司、华芯投资管理有限责任公司、福建三安集团有限公司等,共同在福州签订设立福建省安芯产业投资基金合伙企业战略合作协议。 此次成立的安芯基金将落户晋江,基金目标规模500亿元,首期出资规模75.1亿元。将主要投向III-V族化合物集成电路产业群以及其他集成电路产业链为主的半导体领域,涵盖设计、制造、封测、材料、设备和应用等环节。重点支持泉州市发展集成电路产业和半导体等高尖端技术产业,建设位于晋江的福建省集成电路产业园,支持三安集团和三安光电或其关联企业开展境内外并购、新技术研发和新建、扩建生产线等业务。

安芯基金的设立,体现了国家产业基金对于泉州发展集成电路产业的支持,有利于引导更多资金投入泉州,对于推动泉州集成电路产业加快发展,助推产业转型升级,具有重要意义。

据悉,国家集成电路产业投资基金成立以来,在地市级别合作设立基金尚属首次。安芯基金的设立,体现了国家产业基金对于泉州乃至全省发展集成电路产业的支持,有利于发挥财政资金的杠杆作用,引导更多社会资金投到泉州、我省,对于推动集成电路产业加快发展,助推全市乃至全省产业转型升级具有重要意义。

签约仪式前,省委常委、常务副省长张志南,泉州、晋江市领导郑新聪、康涛、李建辉、刘文儒、张文贤、王茂泉,与前来参加活动的工信部电子信息司司长刁石京,国家集成电路产业投资基金股份有限公司董事长王占甫,华芯投资管理有限责任公司总裁、国开金融有限责任公司副总裁路军,福建三安集团有限公司董事长林秀成一行座谈。

4   2016-02-18 10:17:47.89 欧盟“地平线2020” 未来和新兴科技(FETs)计划 纳米科技领域的研究主题 (点击量:2)

欧盟地平线2020计划在纳米科技领域的研究主题主要集中在以下九点中。

2D-INK 通过一种新的方法在绝缘衬底上开发出为低成本大面积制造工艺的新型二维半导体材料的油墨,这将超过国家最先进的石墨烯和氧化石墨烯基油墨的性质。实现这一目标将是二维半导体材料加工中重要的一步,并为下一代超薄电子设备的制造提供关键参数。

CIRCL其主要目标是将异构的研究活动整合在一个共同的研究框架中,促进欧盟范围内的分子通信网络的建立,并为整个欧洲基础设施的研究协调提供支持。

DIACAT是基于人造金刚石的一种全新技术,将二氧化碳直接光催化成精细化学品和燃料,是用于照明的可见光。该方法为二氧化碳的去除和转化奠定了基础,同时又是一种利用可再生能源的化学途径来储存和运输能量的方法。

Graphene石墨烯系列旨在将石墨烯及相关材料(LM)从原始状态应用到多行业–如柔性、耐磨、透明电子器件、高性能计算和自旋电子学,这将为未来技术带来更快、更薄、更强、灵活和更宽的新局面。

Linabiofluid旨在采用自组织先进的激光加工策略,模仿特定的地形和利用树皮虫及蜥蜴产生适应环境的外皮的优良的润湿性能。

magicsky将创建基于磁skyrmions概念室温下的自旋电子器件。Skyrmions是携带信息的磁孤子,由于其质地磁性的拓扑结构对缺陷有显著的鲁棒性,它们可以与常规集成电路技术兼容的纳米级设备联合使用。

Nanosmell是开发控制(可逆)气味排放和解决嗅觉问题的组合编码。该项目旨在提出一种设备,如电视机、电话、电脑和其他,是基于DNA“人工增味剂”标记的纳米颗粒变化的响应外部电磁场的构象。

ultraqcl提出了利用一种新的电磁频谱使基本的光与物质的相互作用产生超高速和超强光脉冲的技术。其目的是突破目前的技术差距,利用太赫兹量子级联激光器(QCL)等基础的半导体设备产生强烈的短的太赫兹脉冲。

zoterac提出了一种基于ZnO纳米半导体材料为基础的破坏性方法来实现太赫兹发射器在室温下以及太赫兹量子探测器在前所未有的工作温度下的输出功率能力。应用范围集中在医疗诊断领域的安全筛选、微量元素检测、天文探测、星载成像、无创质量控制或无线通信中。

5   2016-03-15 16:48:07.313 深度对比半导体照明三条主要技术路线 (点击量:1)

在LED的制备过程中,上游的衬底材料是决定LED颜色、亮度、寿命等性能指标的主要因素。衬底材料表面的粗糙度、热膨胀系数、热传导系数、极性的影响、表面的加工要求以及与外延材料间晶格间是否匹配,这些因素与高亮度LED的发光效率与稳定性密切相关。因此,衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石,衬底材料的技术路线必然会影响整个产业的技术路线,是整个产业链的关键。目前半导体照明主要有三条技术路线,分别是以日本日亚化学为代表的蓝宝石衬底LED技术路线、以美国Cree为代表的碳化硅衬底LED技术路线,以及以中国晶能光电为代表的硅衬底LED技术路线。2016年1月8日,南昌大学联合晶能光电的江风益团队“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”技术项目获得2015年度国家科学技术奖技术发明类唯一的一等奖,LED业界中国芯的梦想再次被激发。硅衬底技术项目的获奖,说明硅衬底已被国家证实可行,并已提升到国家战略层面。硅衬底或将迎来规模化的商业应用。

GaN基LED三种主要衬底材料对比

LED各种衬底材料的市场占有率

蓝宝石(Al2O3)衬底

2014 年10 月7 日瑞典皇家科学院宣布:赤崎勇、天野浩和中村修二因发明“高效蓝色发光二极管”获得2014 年诺贝尔物理学奖。这3 位科学家的突出贡献在于,1993年他们突破了在蓝宝石衬底上制备高光效GaN 基蓝光LED 的核心技术。20多年来,基于蓝宝石衬底的GaN 基蓝光LED技术和产业发展迅猛,占据了衬底市场90%以上的市场份额,成为目前市场上的主流技术路线。

蓝宝石具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性,强度高、硬度大、耐冲刷。作为衬底材料,蓝宝石具有高温下(2000℃)化学性质稳定好、可见光不易吸收、价格便宜等优点。

蓝宝石衬底也有缺点,比如:第一,晶格失配和热应力失配会导致外延层中产生大量缺陷,同时给后续的器件加工工艺造成困难;第二,蓝宝石是绝缘体,电阻率很大,无法制成垂直结构的器件;第三,通常只在外延层上表面制作N型和P型电极,造成了有效发光面积减少,材料利用率降低;第四,蓝宝石的硬度非常高,仅次于金刚石,难以对它进行薄化和切割;第五,蓝宝石导热性能不是很好,因此在使用LED器件时,会传导出大量的热量,对面积较大的大功率器件,导热性能是一个非常重要的考虑因素。

目前蓝宝石衬底的技术发展比较成熟,不足方面虽然很多,但都被逐个克服,例如:过渡层生长技术克服了较大的晶格失配问题;采用同侧 P、N 电极克服了导电性能差的问题;不易切割的问题可以通过雷射划片机解决;由于热失配导致的对外延层的压力问题也可以得到解决。不过,江风益认为,蓝宝石衬底很难做到8 英寸至12 英寸等大尺寸外延,且因蓝宝石散热性能差,又难以剥离衬底,故在大功率LED 方面具有性能局限性。

蓝宝石衬底技术以日亚化学、丰田合成为代表。在蓝宝石晶体和晶片制备方面,国外主要集中在日本、美国、俄罗斯等国家,2010 年俄罗斯首次展出了200 mm 蓝宝石晶片。我国相对于国外存在较大差距,代表企业有元亮科技、同人电子、协鑫光电、重庆四联光电、中镓半导体、奥瑞德等。在外延方面,国内除了清华大学、北京大学、南昌大学、中科院半导体所等研究单位外,三安光电、华灿光电、上海北大蓝光、南昌欣磊光电、江西联创光电等企业在进行外延片的生产与研究。

蓝宝石材料目前生产能力过剩,低端市场竞争激烈。为延长LED产业链,应当高起点大力推进蓝宝石图形衬底发展。重点发展纳米级图形化蓝宝石衬底(PSS)、半球形和锥形图形衬底,以及激光诱导湿法刻蚀(LIBWE)、干法刻蚀等技术。同时,推动蓝宝石图形衬底相关的光刻和刻蚀以及相关检测设备、材料等发展。

碳化硅(SiC)衬底

SiC具有优良的热学、力学、化学和电学性质,不但是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一,而且可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料,打破了蓝宝石一统天下的局面,尤其在路灯和室外照明领域具有巨大的市场潜力。在半导体领域最常用的SiC是4H-SiC 和6H-SiC 两种。

碳化硅与蓝宝石相比,在结构上,蓝宝石不是半导体而是绝缘体,它只能做单面电极;碳化硅是导电的半导体,它可以做垂直结构。碳化硅衬底的导热性能要比蓝宝石高10倍以上;蓝宝石本身是热的不良导体,并且在制造器件时底部需要使用银胶固晶,银胶的传热性能也很差。而使用碳化硅衬底的芯片电极为L型,两个电极分布在器件的表面和底部,所产生的热量可以通过电极直接导出;同时这种衬底不需要电流扩散层,因此光不会被电流扩散层的材料吸收,这样又提高了出光效率。

在碳化硅衬底领域,美国Cree几乎垄断了优质碳化硅衬底的全球供应,其次是德国SiCrystal、日本新日铁、昭和电工、东纤-道康宁。我国企业实力较弱,国内能生产和加工碳化硅衬底的企业或机构有北京天科合达、山东天岳、山东大学、中科院物理所、中科院上海硅酸盐所、中国电子科技集团46所等。2015年7月,山东天岳自主研制的一款4英寸高纯半绝缘碳化硅衬底产品面世。

用碳化硅做光电器件衬底主要挑战是成本仍相对较高、技术门槛较高和专利技术不足,面临着行业垄断者的专利威胁。不过LED市场有高中低端之分,碳化硅衬底LED定位在高端。大功率LED市场需求巨大,碳化硅材料性能优越,具有功率大、能耗低、发光效率高等显著优势,可以很好满足大功率LED需求。

硅(Si)衬底

硅片作为GaN 材料的衬底有许多优点,如晶体品质高,尺寸大,成本低,易加工,良好的导电性、导热性和热稳定性等。

由于单晶硅材料生长技术成熟度高,容易获得低成本、大尺寸(6-12 英寸)、高质量的衬底,可以大大降低LED 的造价。并且,由于硅单晶已经大规模应用于微电子领域,使用单晶硅衬底有望实现LED 芯片与集成电路的直接集成,有利于LED 器件的小型化发展。因此使用单晶硅作为LED 衬底一直是本行业梦寐以求的事情。此外,与蓝宝石相比,单晶硅在性能上还有一些优势:热导率高、导电性好,可制备垂直结构,更适合大功率LED 制备。

然而与蓝宝石和SiC 相比,在Si 衬底上生长GaN 更为困难,主要体现在:(1)两者之间的热失配和晶格失配更大;(2)Si 与GaN 的热膨胀系数差别也将导致GaN 膜出现龟裂;(3)晶格常数差会在GaN 外延层中造成高的位错密度;(4)Si 衬底LED 还可能因为Si 与GaN 之间有0.5 V 的异质势垒而使开启电压升高以及晶体完整性差造成p 型掺杂效率低,导致串联电阻增大;(5)Si 吸收可见光会降低LED 的外量子效率。

从1999年第一个GaN/Si LED出现,到2002 年商品化GaN/Si LED 就已经问世,但是由于性能与蓝宝石及碳化硅制备的LED相差很大而没有被广泛应用。2010 年德国Azzurro 公司授权GaN-on-Si 技术予德国Osram 公司。2013 年4 月日本东芝公司收购美国普瑞光电(Bridgelux) 的技术,并开始8 英寸GaN-on-Si 外延片生产。国内江西晶能光电公司早在2012 年就宣布批量生产HB-LED 芯片;江西晶瑞光电也已推出了类似性能的LED 产品。

晶能光电的硅衬底技术,具有完全自主的知识产权,形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术路线三足鼎立的局面。中国LED产业只有打破国际巨头的技术、专利垄断,掌握核心技术,才能真正实现由“跟随”到“跨越”的转变。

6   2016-03-21 10:47:29.187 新型薄膜晶体管可能引领柔性电子器件 (点击量:0)

Alberta大学的一个工作研究小组发明了一种新型晶体管,可以彻底改变薄膜电子设备。他们的研究成果发表在著名的《自然》科学杂志,可以打开电子设备发展的大门,并将其广泛的应用于医疗成像和可再生资源生产。

团队开发的薄膜晶体管(TFT)的新用途,经常会在低功率、低频设备等中发现,如阅读使用的屏幕。通过研究人员和消费电子行业在改善薄膜晶体管的性能方面有所缓慢,一方面是由于新材料的挑战,一方面是改善传统薄膜晶体管架构的发展缓慢,像金属氧化物半导体场效应晶体管。

该小组已经提交了关于该晶体管的临时专利,Shoute说,下一步的计划是将晶体管应用在这些领域像生物医学成像领域或者可再生能源中。

 

7   2016-03-21 10:48:30.183 我国集成电路产业面临的问题、挑战和发展途径 (点击量:3)

当前,全球集成电路产业已进入重大调整变革期。从世界集成电路产业版图演进的趋势来看,市场在向我国集中,产业的未来也必将向我国集中,为我国集成电路产业实现赶超提供了千载难逢的机遇。加快发展集成电路产业,对加快我国工业转型升级和“互联网+”变革,实现“中国制造2025”的战略目标,具有重要的技术和产业支撑。特别是《国家集成电路产业发展推进纲要》的发布,为我国集成电路产业的发展制定了宏伟目标。政策细则逐步出台,产业发展环境逐步完善,将进一步推动我国集成电路产业发展,但必须正视当前我国集成电路产业发展中的问题。提高产业协同创新能力,将成为“十三五”我国集成电路产业发展的重中之重。

我国集成电路产业问题须予以重视

作为国际成熟产业,我国集成电路产业年均增长率远高于传统行业乃至全球同业,已成为全球半导体产业发展最快的地区之一。经过几十年的发展,我国集成电路产业具备了一定的发展基础与潜力,也存在着诸多问题必须予以重视。

一是技术创新能力不强。与国际先进水平相比,我国集成电路产业差距明显。受西方国家对集成电路技术出口限制的制约,我国集成电路芯片制造技术始终落后于国际先进水平2个技术节点。高端、关键封测装备及材料仍基本依赖进口。

二是企业规模体量不大。我国集成电路产业中无论是芯片制造业还是封测业企业的体量均不大,突显民族资本相对弱小。

三是产业链协同不足。目前,国内整机系统开发、芯片设计、芯片制造、封装测试等产业链环节仍处于脱节状态。绝大多数整机企业停留在加工组装阶段,缺乏整机系统设计能力,多数国内芯片设计企业缺乏产品解决方案的开发能力,国内整机企业基本采购国外系统解决方案。

四是产业难以形成合力。体制上的缺陷造成内资企业相对落后。宁可在若干个同质产品上挤得“头破血流”,也很少看到有企业通过“先退后进”的方式来整合资源,以资本的纽带联合重组,从而达到做强做大的目标。

五是“两个在外”的现实严峻。一方面集成电路设计企业的产品主要在海外或外资企业加工;另一方面集成电路制造企业的主要业务也在海外。同时,还要正视我国集成电路产业高端人才相对缺乏、产业环境有待改善、企业融资成本高等问题。

“十三五”我国集成电路产业面临的主要挑战

产业集中度趋势加强。世界半导体产业调整变革的一个重要特征是产业集中度进一步向跨国集成电路企业集中。这些企业为了自身做大做强,不断加大投资力度,加快整合的步伐,加紧在全球的产业布局。这种趋势无疑将进一步压缩发展中的我国集成电路产业的生存空间。

核心关键技术亟待突破。制造业是国家的强国之基, 制造业发展靠产品,产品的发展靠技术,所以技术是产业发展的核心。我国集成电路产业技术水平与世界先进水平相比存在明显的差距,又面临着知识产权、标准等多重壁垒。我国集成电路产业发展,若不尽快掌握自主可控的核心技术,就无法实现产业可持续的发展。

高端团队极度缺乏。集成电路产业发展最终取决于人才,光有资本投资并不能弥补领军人物、平台级企业缺失的核心问题。当前我国高端人才缺乏,特别是系统级高端设计人才的缺失;集成电路市场营销人员和高端管理人才和团队匮乏,严重影响了我国集成电路产业的发展。加快人才引进、人才培养和平台建设,成为“十三五”期间亟待解决的问题。

投资压力巨大。集成电路产业是高投入产业,也是高回报、高风险产业。特别是晶圆制造业,固定资产投入巨大,并且要持续投资,投资压力极大,多年来国内投融资市场望而却步,已经筹建的集成电路产业基金从规模来说仍然是远远不够的, 即使1380亿元国家大基金全部投资晶圆代工,也只够建设3条先进生产线。要完成“十三五”发展目标,需万亿元以上低成本的资金投入。面对这样的巨额资金投入,在目前我国集成电路产业现状下,需要国家坚持不懈给予政策支持和资金扶持。

产业链整合能力不足。我国集成电路产业尽管有一定规模,但是价值链整合能力不强,整机带动性差,芯片与整机联动机制尚未形成,国内多数设计企业缺乏定义产品,不具备提供系统解决方案的能力,难以满足整机企业需求,整机产品引领国内集成电路产品设计创新的局面也尚未形成。另外专用设备、仪器和关键材料等产业链上游环节比较薄弱,不足以支撑集成电路产业发展。

“十三五”我国集成电路产业发展的主要途径

“十三五”期间,我国集成电路产业要充分发挥我国作为全球规模最大、增长最快的市场优势,以应用为牵头,强化产业链协同创新,破除知识产权封锁,以系统厂商为龙头,加强集成电路设计、制造、封装测试、装备和材料为整机服务的协动作用,规避国际巨头的“专利围剿”统筹产业链的协同发展, 走弯道超车的发展之路。

加大整合力度,集中创新资源,提升企业竞争力。随着全球半导体产业进入成熟期,企业间整合并购成为大势所趋。根据我国集成电路产业发展现状,积极实施企业兼并重组,可以解决我国集成电路产业结构不合理、集中度低、企业小而分散、同质化竞争的问题。通过兼并重组将资源聚焦于重点优势企业,从而打造具有国际竞争力的集成电路航母企业,可以带动整个产业做大做强。早期成立的一些国有集成电路企业因为各种因素,长期处于亏损,或者依靠国家资金勉强维持,如果通过国家产业基金的参与,被有实力的大企业收购,企业也许会重获新生。

产业链联动,加快设计、制造、封测垂直整合的步伐。我国集成电路产业要形成以应用为牵引即系统带动整机,整机带动器件的产业链协同发展格局。国产芯片、设计企业与终端厂商联动可大幅缩减研发成本和周期,并带动其产业链条技术创新能力显著增强。如华为高端智能机芯片选海思,加强垂直整合,提高产品性能和利润率;TCL将市场需求与芯片、整机设计相结合,自己做桥梁与各方完美对接,实现产品差异化设计,提升竞争力;同方国芯并购西安华芯半导体,长电科技跟中芯国际配套,通富微电跟华力电子,合作或能解决晶圆合作伙伴短板。而这一切在各级政府的支持下,突出企业作为产业发展的主体,坚持以市场化手段完成资源配置,对于调整集成电路产业结构,大力发展集成电路制造业具有重大战略意义。

构建产学研用协同创新平台,助推科技成果转化。鼓励重点骨干企业依托企业技术中心、院士工作站、工程研究中心等创新平台和资源优势,打造产学研合作创新实体,推动有条件的企业联合高校院所组建公共服务平台,搭建为企业特别是中小企业服务的创新平台,发挥资源优势,充分发挥在行业产学研合作方面的引领带动作用。加快构建“共同投入、联合开发、相互信任、优势互补、利益共享、风险共担”的长效合作机制,推动建立产业联盟、行业技术研究院等产学研合作模式,整合产业技术创新资源,开展协同创新,突破制约我国产业发展的关键重大技术,从源头上解决产业发展的瓶颈。由国内芯片领先企业联合中科院及著名高校合作成立的“集成电路先导技术研究院”,携手打造国内最先进的集成电路工艺技术研发机构。由国内四大封测龙头企业联合中国科学院及三大集成电路基板龙头企业组建的华进半导体封装先导技术研发中心有限公司对我国封测产业技术创新能力和核心竞争力的提升,持续带动具有中国特色半导体封测产业链和价值链的发展提供技术支撑,并致力于整合国内IC产业链研发资源,打造一个能联动设备厂商、材料供应商、代工厂、设计企业及科研机构的公共平台。这既是一个产学研用相结合的技术创新平台,又是一个为国产专用设备和材料研发提供大生产条件的验证平台。