先進半導體材料在 5G、能源互聯網及新能源汽車領域的應用示范工程

　　需求與必要性

　　化合物半導體材料和器件在 5G、能源互聯網、新能源汽車、光伏逆變器等領域的應用，符合智能化發展、節能減排、產業自主可控等國家重大戰略需求，能夠為相關產業搶占未來發展的戰略性和引領性技術制高點提供關鍵技術和產業支撐。

　　未來 5 年，GaN 射頻器件將在 5G 基站、微基站和移動終端中迎來巨大市場，GaN 功率器件將在消費類電子、數據中心服務器電源和光伏逆變器領域得到廣泛應用;SiC 功率器件將在能源互聯網中的電力路由器、新能源汽車中得到廣泛應用。未來 5 年，上述 3 個發展方向的國內市場規模將超過千億元。

　　現階段，化合物半導體相關技術已經具備產業化基礎，在 5G、新能源并網、新能源汽車等領域的應用市場已經啟動。國際上，為提高未來的競爭力，美國科銳公司、德國英飛凌科技公司、日本羅姆半導體集團等產業龍頭企業已經開始了產業與市場布局。

　　相對而言，國內的機構和企業布局分散、技術和產業化能力較弱，面對即將到來的產業競爭，國內企業還需要政府通過應用示范工程，達到技術和產業協同發展、產業化技術快速成熟、產業能力快速壯大的目的。

　　工程目標

　　以應用示范工程為牽引，帶動 GaN 和 SiC 材料、芯片工藝和器件封裝與系統集成技術加速發展，實現產業化。GaN 射頻器件在 5G 基站和微基站的國產化率達到 50%，在移動終端領域的國產化率達到 70%;GaN 功率器件在消費類電子領域的國產化率達到 80%，SiC 功率器件在電力路由器、新能源汽車應用領域的國產化率達到 50%。

　　工程任務

　　開展 SiC 基 GaN 外延材料與 GaN 射頻器件、Si 基 GaN 外延材料與 GaN 功率器件、SiC 功率器件及其模塊封裝與系統集成等方面的技術研發和產業化。

　　在 GaN 外延材料方面，突破 6 in 高質量 SiC 基 GaN 外延材料生長技術，進一步降低異質外延 GaN HEMT 材料中的位錯和缺陷密度，顯著提升 AlGaN / GaN、AlN / GaN、InAlGaN / GaN 異質結材料質量、電學性能和可靠性。通過材料體系、生長技術和電路設計技術的創新，GaN 微波大功率器件工作電壓提高到 100 V 以上，開發 10 kW 以上 GaN 微波功率器件，在 175℃結溫下的平均失效時間(MTTF)達到千萬小時，GaN 微波功率器件和單片電路性能達到國際先進水平。

　　在 GaN 功率器件方面，首先實現 8 in Si 基 GaN 外延材料和功率器件技術產業化。GaN 功率器件的額定電壓達到 650 V，導通電阻低于 10 mΩ，封裝后功率模塊的電流達到 100 A，滿足各類電源適配器、光伏逆變器、車載充電器等應用需求。

　　開發 SiC 高壓器件所需的大尺寸、高均勻性、低缺陷密度襯底和超厚 SiC 外延材料。開發萬伏級 SiC 二極管、金屬–氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及門極可關斷晶閘管(GTO)等高壓 SiC 電力電子芯片;開發千安級 SiC 高溫、高壓、大功率封裝模塊;建立高壓、大功率 SiC 功率器件與模塊的測試、可靠性評價體系。

　　采用高壓、大功率全 SiC 模塊，開發新型電力路由器，并具備工程示范應用能力;開發車規級的 1200 V 和 1700 V 全 SiC 功率模塊，開發車載充電和電機驅動控制系統，并通過車規級認證。