产业要闻

中国科学院院士郑有炓:发展第三代半导体,培养能“解决问题”的人才

作者:陈炳欣来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2020-09-26 00:00我要评论

9月25日,由中国电子信息产业发展研究院、南京市江北新区管理委员会、中国半导体行业协会、中国科学院微电子研究所共同主办的2020第三届半导体才智大会暨“中国芯”集成电路产教融合实训基地(南京)成立仪式正式召开。在本次大会上,中国科学院院士、南京大学教授郑有炓发表了题为《发展第三代半导体,加快人才教育培养》的演讲。郑有炓指出,培养第三代半导体领域的创新人才的一个重点,是要培养具有“解决问题、发现问题、提出问题”能力的优秀人才。

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第三代半导体支撑信息技术创新发展

郑有炓首先对第三代半导体进行了深入浅出的介绍。郑有炓指出,半导体材料是信息技术的核心基础材料。半导体领域向来有“一代材料、 一代技术、 一代产业”的说法。上个世纪半导体材料的实用化进程先后发展了三类代表性的半导体材料。

第一代半导体以Ge 、Si 元素为主,在上个世纪40-50年代取得突破。它的发展推进了晶体管的发明、集成电路的诞生,以及电荷耦合器件的发明,开创了固体电子学与硅微电子技术,引领电子学、电子技术的革命。第二代半导体是以GaAs、InP为代表的化合物半导体,在上个世纪60-70年取得突破。它的发展推动了半导体激光器诞生、射频晶体管的问世,引发通信技术革命(宽带光纤通信,宽带射频无线通信),为互联网、移动互联网技术奠定了基础。

第三代半导体是GaN 、SiC为代表的宽禁带化合物半导体,在上个世纪80-90年代取得突破性进展。在光电子领域,第三代半导体作为颠覆性技术,开拓高效固态发光光源和固态紫外光源与探测技术,开创白光照明和全色平板显示的新纪元。在微电子领域,第三代半导体超越第一代、第二代半导体,发展高能效、低功耗、具有极端性能和耐恶劣环境的宽带功率技术和宽带射频电子技术。第三代半导体以不可替代性优势支撑信息技术的创新发展。

郑有炓还指出:“第三代半导体在基础层面对新基建的实施、5G信息技术的创新发展以及新时期产业数字化转型智能化发展,提供了有力的支撑。”以射频芯片为例,第一代半导体的LDMOS器件,工作电压低(串联多极功放),功率附加效率低(35%---50%),电流开关比低、能耗大,工作频率不超过3.5GHz。GaAs器件的工作频率可以达到毫米波段,但是输出功率不高,功率密度也较小(1-2W/mm)。第三代半导体RF-GaN超越了GeSi、Si-LDMOS和GaAs具有更高工作电压、更高功率、更高效率、高功率密度,更高工作温度和更耐辐射能力,是当代最具优势的射频功率器件。GaN射频PA是毫米波频段5G基站的必然选择,并有望成为4G基站PA的主流方向。

在功率半导体器件领域,第三代半导体的发展也很快。Si功率器件的转换效率低,以巨额能耗为代价,性能提升日趋于逼近Si 材料物理极限,难于满足新一代信息技术的展的新需求。SiC、GaN器件与Si相比具有高电压、大功率、低损耗、高能效、耐高温和抗辐射性能,有效提高功率转换效率并实现电力设备的小型化、轻量化。第三代半导体的应用,有望解决数据中心,基站等基础设可持续发展施面临的巨大能耗瓶颈,支撑移动智能终端实现小型化、轻量化并提升续航能力。

以“十四五”为契机,加快制定实施人才教育培养计划

当前国内外形势正在发生深刻复杂变化,我国半导体产业发展仍处于重要攻坚发展期,加快发展半导体产业都离不开人才,特别是高层次领军人才。

郑有炓指出,5G信息时代,第三代半导体与第一代、第二代半导体优势互补、协同支撑新一代信息技术创新发展,支撑传统产业数字化转型、智能化发展。第三代半导体作为基础层面硬科技支撑“新基建”的实施,支撑新时期社会经济的高质量发展。与第一、二代半导体相比,第三代半导体尚属发展中的新型半导体,如何加快加强人才教育培养?第三代半导体产业与第一代、第二代半导体相比,具有以下特点:首先,第三代半导体属发展中的半导体新技术、新兴产业。我国基本上与其他国家处于同一起跑线上,不存在“代”的差别。其次,第三代半导体属战略性先进技术、战略性产业。从基础层面支撑新基建,支撑5G信息技术创新发展、能源与环境面对的严峻挑战、传统产业更生换代,数字化转型和智能化发展。而且第三代半导体具有广阔的应用前景,从面广量大的高端应用到消费类商品主流市场,市场空间巨大。再次,第三代半导体产业设备难度和工艺精度远低于集成电路技术的要求,没有卡脖子问题。最后,第三代半导体产业资金门槛不高,远低于集成电路。

我国在推进第三代半导体产业时,要及时优化微电子学科人才培养体系,构建优化的结构体系和学科布局,形成三代半导体面向科技前沿面向产业主战场的人才培养格局。郑有炓还建议,以国家“十四五”为契机,制定人才教育培养计划,加快实施。


责任编辑:赵强
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