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【第三代半导体商用提速 8英寸碳化硅时代来临】

眼下,国内在碳化硅领域的上游产业环节还存在提升空间,如部分环节的设备缺席、缺乏规模化生产平台等,这意味着产业链发展还需平衡。

不同于第一代半导体材料硅基的发展在国内正面临一系列掣肘,作为化合物半导体材料的碳化硅器件正逐渐迎来商用加速期。

在此领域,由于国内外的起步和发展时间相差不大,而成为备受关注的突围市场。

特斯拉率先让碳化硅器件上车起到了关键推动作用。多方机构都预测,在未来5-10年间,碳化硅器件的应用增长点会陆续涌现,包括新能源汽车、储能、光伏风能发电、5G通信等领域。

近日举行的2022中国·南沙国际集成电路产业论坛期间,多名业内人士都指出,随着海外大厂开始小规模量产8英寸碳化硅器件,8英寸时代正在到来。当然,眼下国内在碳化硅领域的上游产业环节还有提升空间,比如部分环节的设备缺席、缺乏规模化生产平台等,这意味着产业链发展还需平衡。同时需要关注的是,如今国内各地都在积极建设碳化硅相关产业生态,随着产业发展到一定阶段,可能也将迎来一定程度的并购融合。

碳化硅时刻

碳化硅商用落地的典型代表就是特斯拉,在其推动下,碳化硅的应用进度和市场空间都打开了想象力。

基本半导体董事长汪之涵在前述论坛演讲中指出,从1982年IGBT发明到现在,其仍然是功率半导体器件中最为重要的一个,在各种电力电子应用中发挥着巨大作用。

不过在过去几年时间里,人们欣喜地发现,在很多高端应用中,碳化硅MOSFET已经逐渐取代硅基IGBT。“这个取代的过程和势头,似乎比大家前几年的判断来得更早更快,所以我们认为,碳化硅成为功率半导体主流的时代似乎已经来到。”他续称,虽然目前碳化硅器件的成本比硅基IGBT要高不少,但从全生命周期成本来看,通过使用碳化硅器件,现在的账已经能算过来了。

根据Yole研判,到2027年预计全球碳化硅芯片市场规模约63亿美元,其中接近80%的市场(也即约50亿美元)来自于新能源汽车。汪之涵指出,根据其团队测算,随着碳化硅产品成本降低,到2027年,一辆车上不同部件使用碳化硅的价格在2000-3000元,那么届时全球将有一千万辆车使用碳化硅器件,实际上这个数量将只多不少。

芯粤能半导体CTO相奇则指出,“双碳”战略正开启新能源转换的黄金时代,其中电能转换推动需要功率器件,碳化硅器件在其中优势尽显。

根据机构统计,到2030年,中国大陆总用电量将达到10.5万亿度/年,若能用碳化硅功率器件替代传统硅基器件,可节电万亿度,约等于10座三峡大坝。

从应用端来看,新能源汽车、光伏和储能、航天、工业等领域牵引下,全球碳化硅市场的规模正快速成长,预计2019-2025年的复合年均增长率为30%。

山东大学晶体材料实验室、南砂晶圆教授徐现刚也指出,碳化硅单晶应用主要为两个方面:一是电力电子碳化硅器件领域,在导电型衬底之上做碳化硅同质外延,如新能源汽车、高铁运输、智能电网的逆变器等器件上应用;二是把碳化硅作为衬底材料,生长氮化镓材料的异质外延,在高频大功率微波电子器件里获得了较大应用,也在雷达、通信系统等方面有应用。

不过,目前国内在碳化硅功率器件和衬底市场依然有较大发展空间。据调研机构Yole统计,无论是碳化硅器件销售额,还是碳化硅导电型衬底市场视角来看,占据主要份额的都为来自美国、欧洲和日本的公司,部分情况下甚至有垄断态势。

加速研发推进

一种观点认为,在关键碳化硅衬底技术方面,国内和海外厂商的差距大约是2-3年,但随着集中力量推进研发,这个时间差距有望进一步缩短。

徐现刚在演讲中指出,从衬底发展来看,海外厂商在十年前突破了6英寸衬底技术,目前已稳定导入产业;并在国内“十三五”期间突破了8英寸衬底量产的关键难题,正快速导入量产进程。

国内厂商近些年来也在积蓄经验后快速推动研发落地。“针对碳化硅单晶的研究前期,我们亟需和下游密切配合。在研发2-3英寸单晶时,很难找到电力电子大规模应用,所以我们找到了光电子应用;在6英寸和8英寸单晶上,我们希望和半导体界以及电力电子行业密切配合,也做好了准备。产业角度的需求已经非常旺盛;技术路线上,碳化硅外延的整个产业链不存在被制约发展的问题,所以我认为,8英寸时代真正到来了。”

一名碳化硅器件创业者也向21世纪经济报道记者指出,全球碳化硅衬底龙头Wolfspeed已经在近期的电话会上表示,将建设第二座8英寸晶圆厂。“所以我们对这个趋势还是很有信心。”

他续称,就像最开始一种观点认为硅基不用那么着急被碳化硅器件替代一样。特斯拉作为第一个吃螃蟹的人成功之后,大家都开始积极跟进,才有了现在被认为行业将爆发式增长的预期。“所以我想碳化硅晶圆尺寸发展也一样,成熟的8英寸衬底推出后,必然会让成本降低。当然先要面对研发、材料良率低等现阶段难题,但实际上随着技术进步,这也是之前6英寸研发过程中都遇到过的情况。”

还有一个不可忽视的问题是各地的积极建设。一些行业人士指出,在未来十年,整个碳化硅行业面临着巨大机会,同时挑战也很大。目前国内多个省份和城市已经开始推动碳化硅材料和器件等环节的大规模项目落地,这一方面意味着各地都在认可碳化硅的发展未来并积极促进,但另一方面,大规模建设后,在未来几年可能也会面临行业整合过程。

对此,广州芯谋研究总经理谢瑞峰向21世纪经济报道记者表示,不同地方的产业发展有其各自路径。对于南沙区来说,汽车行业集聚是这里的核心特色和亮点,因此围绕汽车生态、车规级芯片进行发展就有其可行性。

同时,目前南沙在碳化硅领域的产业链已经部署相对完善。“我们称为‘聚沙成塔’,打开地图看会发现,南沙的确是一家一家公司拼图一样拼出了一个产业园,从南砂晶圆开始不断延伸产业链。因此我们认为,南沙发展半导体产业有其独特的思路和节奏。”

经朋友推荐,6月中旬我和丈夫去了宫崎,飞机两小时。宫崎机场叫做花束空港,大门口一面墙都是攀援植物紫红色的三角梅,热情洋溢地绽放着,很美,仿佛在欢迎每一位来宾。三角梅也叫紫亚兰和毛宝巾等,有十几种名称,花语是热情,坚韧不拔,顽强奋进。

到机场后借了车,我们去著名景点鹈户神宫。道路旁是高高的椰子树,婀娜多姿,远处是群山。车子行驶一个多小时到了。一个朱红大门,一块牌子上写着鹈户神宫,旁边是稀有的热带树木。
进门之后,前面是门楼,右边是大海,朱红色木栅栏。走到近处,看到门楼上画了一只虎,今年是虎年,根据生肖每年都换。再走一截,又一个朱红门楼。再往前走左边有个重叠的朱红鸟居,十分好看。有个朱红房子,门上是皇室的菊花家纹。再前面出现一顶朱红木拱桥,这里是山的最高点,桥下是石台阶,两边有朱红扶手,沿着台阶一级一级往下走,底下有一小块平地,左边就是鹈户神宫本殿,建在鹈户峡日向滩的岩洞内,绿色屋顶,朱红木柱,玲珑剔透。传说是崇神天皇所创建,1711年改建,1890年大修,1967年修理,1997年屋檐及内装修理,成了现在的模样。本殿后面的岩石很像女子的乳房,叫做乳岩。

据说鹈户神宫可以保佑顺产、育儿、婚姻、渔业和出海安全,自古以来有无数僧侣来此修行,有无数信者来此祈祷,是南九州神社的代表,现在是国家名胜。这是一个罕见的神社,倚着悬崖峭壁凿洞建成,很险峻,本殿前面是太平洋,海天一色,眼下奇岩怪石,浪涛滚滚,是个绝景。传说日本第一代天皇的父亲诞生在这里,人们对这里很信仰,所以文化和自然价值都很高。

接着,我们去了摩艾石像公园。大海边上有七尊摩艾半身石像,三四米高,背朝大海。站在摩艾石像前,像回到了远古时代,空旷的天空和大海大地融为一体,有一种开放感,人仿佛回到了大自然的怀抱,得到很大的能量。摩艾石像的特色是凹眼、大鼻子、大嘴、两手捧腹,身体健壮。他们一个个若有所思,眺望着远方。他们有分工,分管事业、健康、恋爱、和平、婚姻、金运、学业。

天渐渐暗下来,我们去酒店,住的海景房,去海边散步,有不少人在玩帆板。回酒店泡了温泉,温泉有一面玻璃墙对着大海,入浴时也可欣赏海景。

第二天,天公不做美,狂风暴雨,刮台风似的,豆大的雨点急刷刷打在玻璃窗上,椰子树狂舞着,涨潮的声音很大。我们被困在酒店,看着大海像在怒号,不知什么事触动了它?大海是有脾气的,有喜怒哀乐。海和海不一样,这里的浪花和以往看到的有所不同,有大小无数的孔,海面上像铺着大片蕾丝。

早饭后,丈夫跃跃欲试,我们到一楼想出去。丈夫刚把门推开,大风大雨扑面而来,根本出不去,有伞也没法打,只能退回来。天气预报一天有雨,只能作罢,回到房间里看海。我想拍一张清楚的照片,想打开窗户,但只能打开一寸多宽,可能为了安全特意设计成这样,不够手机的宽度,无法拍到好的照片。

我们经常旅行,像这样因下雨一天呆在酒店还是第一次。我们住的酒店这次客人很多,服务员说是三年来第一次那么热闹,因为实行县割引优惠,大家来玩了。

直到傍晚雨才停,我们赶紧去海边散步。海边有不少人玩帆板,宫崎有许多帆板爱好者,他们真勇敢!在大风浪中冲刺。有一位女子一直在海边,拿着伞,遥望着海面远处的小黑点,她在等恋人回来。后来我们看到那位男子冲浪上来,和这位女子一起回家,多好的伴侣啊。

第三天一早,大海风平浪静,日出美极了!令人感动!一派新气象。丈夫临机应变说我们马上离开酒店,要抓紧时间玩,我们马上行动,早饭没吃就退了房。开车去青岛,雨后的青岛很清新,大海平和,山很秀丽,搓衣板岩石一一暴露出来。我是第一次看到那么大规模的搓衣板岩石,令人惊叹!难怪它有另一个名字叫鬼搓衣板,它是150万年前深海的沙和泥层层交互堆积而成,千叠敷奇岩,天然纪念物。

本来第二天去高千穗的,下大雨打破计划。第三天时间紧张,下午要去机场,改道去细岛灯塔和马背峡。灯塔白色的,圆的造型很美观,比一般的灯塔大,1910年点灯。1940年宫崎县移交给国家,用水泥改筑,战时预算很少,由当地青年团参加建成。1991年又经改良,成了现在的样子。灯塔往下走一截,到马背峡,有点像马背,十分险峻,激流直下,很有气势。右面的半座山岩,笔直笔直,像刀切出来似的。再到前方,有个海湾,从大山延伸出来的岩石深入海中,岩石和岩石之间一个空挡都是海水自然形成一个蓝色十字,据说在这里求愿很灵。往左望去海面开阔起来,蔚蓝色的大海平平静静地展现在眼前,令人心旷神怡。

最后去了花的乐园,有欧式花园,有日式花园,园中有园,十分有趣。大草坪碧绿,中间有池塘,草地上有椰子树和许多花,树下坐着三三两两休息的人,幸福美好的画面。

宫崎的水田一块块,大棚一排排,山上的松树一棵棵紧密地挨着,满山郁郁葱葱,树木覆盖率很大,一切都井井有条,很规整,果然有一种坚韧不拔的意志,让人欢喜,不愧是开着三角梅的地方,宫崎人的热情和意志在方方面面表现出来。宫崎的南蛮鸡肉和芒果很美味。

下午坐飞机回到东京,到家八点多,有点疲劳。每个地方各有特色,每次旅行都有新的收获,不同的收获,心里很满足,旅行让生活变得更美好。

回来后,我还画了两幅宫崎旅行的水彩画。

【怪!乐山一果树上惊现铁丝鸟巢,里面还有一枚蛋,个头赛鹅蛋!】##乐山身边事# 为了让自家的枇杷树长势更好,最近,市中区水口镇黄荆村村民张才军几乎每个月都要给枇杷树除一次杂枝。前两天,当他再次来枇杷园时,树上的一个鸟巢吸引了他的注意。原来,这个鸟巢全部是用一根根细铁丝编织而成的,里面还有一个个头很大的蛋。

在村民的印象中,鸟类筑巢一般都是由杂草、树枝以及泥土做成的,而这样用铁丝做成的鸟巢,大家实在是没有见过。而更让大家惊奇的是,不大的鸟窝里,这个蛋的个头几乎有鹅蛋那么大。

村民 陈月霞:我想一般的鸟儿下不了那么大的蛋,我估计是天鹅下的蛋。
村民 宋小琼:应该是鸟儿编的哦,未必哪个人去弄啊,反正有点像鹅蛋。

村民们说,能选择用铁丝筑巢,这只鸟一定不一般,有人甚至开玩笑说,这鸟称得上是鸟类中的建筑大师。
村民 吴惠军:它还不是就像人一样,往高处走,住高级别墅一样的,砌得太好看了,轻钢别墅,整得非好看的。
村民 张小平:你看人家筑得好结实,刚才说的轻钢别墅,我认为是精钢别墅,它很聪明,我认为这只鸟儿很聪明,读过大学的。(笑)

玩笑归玩笑,那么这鸟巢的铁丝从哪里来的呢?原来,黄荆村村民在种植枇杷时,在给枇杷套袋的过程中都会用铁丝扎紧套袋的口子,现在枇杷已经下市了,这些铁丝也就从套袋上取了下来,每家每户都有。

村民张才军的妻子 王俊容:我们就不知道这鸟儿是几时把这拿去弄起,然后它把这铁丝拿去自己缠,你说人工造的,你还把它编不巴适。

6月22日,记者找到了乐山师范学院生命科学学院教授文陇英以及她的助理:乐山师范学院生命科学学院教学实验室主任刘方庆。
文陇英,中国科学院研究生院生态学专业博士,现任中国鸟类学会理事,中国野生动物学会疫源疫病专业委员会专家。
刘方庆:兰州大学动物学专业硕士。
两位专家在记者的邀请下,来到了发现铁丝鸟巢的地方,刚来到现场,两位专家就发现了一些不对劲的地方。

乐山师范学院生命科学学院教学实验室主任 刘方庆:如果是自然结构的话,它的外部应该有比较杂乱的树枝,还有一些毛、线之类的缠在这儿,比较坚固的结构缠在树枝上,它有个外层最基础的外部结构。这个一看就是人裹水果类的减震材料,你说这个鸟巢是人为放上去的是的。

为了求证自己的判断,刘方庆取下了这个铁丝鸟巢仔细观察。
乐山师范学院生命科学学院教学实验室主任 刘方庆:一般鸟巢的结构就是3层,最外部就是比较粗糙的干的这种树枝,里面是相对比较细一点的树枝,最里面就是第3层,就是比较柔软的动物毛发,包括人生产的一些小的塑料,比如田地里一些塑料薄膜的废料,鸟都可以利用作为鸟巢的内衬。但是这个鸟巢即便它是真的鸟筑的巢,那么像这么大一个蛋对应的物种,它的身体应该更大,那么它对应的自然状态下的巢结构会更大。

根据综合分析,刘方庆确认了自己之前的判断,认为这个鸟巢不是由自然界的野生鸟类编织的,而是人为制作放上去的,对刘方庆主任的结论,文陇英教授也表示认同。而对于两位专家给出的结论,黄荆村的村民有些吃惊,都觉得不可思议。

村民 王俊容:不可能,应该说是不可能,因为我们发现了这上面有这个蛋就觉得很惊奇,就喊大家来看,如果说人家哪个装怪,编织这个鸟巢,把蛋放在里面,有啥子意义,过后会说我放的,都没有人说这些。
村民 张从金:全部干活路都搞不赢,哪个会去整这个玩意儿,你认为不可能是人为的。

对于村民们的异议,文陇英教授和刘方庆主任,再次拿出了一些理论依据进行解释。
乐山师范学院生命科学学院教学实验室主任 刘方庆:这种即便是自然状态下的鸟巢,有3到5枚大拇指一般大的卵,因为它要坐巢,雌鸟要坐在这里面孵蛋,我们叫坐巢,如果这么大的蛋,它还有什么空间怎么坐呢?

刘方庆介绍,自然界的鸟类一般分为雀形目和雁形目。雀形目鸟类的巢穴较小,就如眼前这个铁丝鸟巢般大小,呈碗状或杯状,鸟卵只有拇指大小;而雁形目鸟类,比如大雁或野鸭等,则不会在树上筑巢,而是在水边、沼泽地或河中人迹罕至的孤岛筑巢,鸟巢面积较大,鸟卵比雀形目鸟卵大得多。

长径在接近9公分,短径在5公分的样子。

就在专家向村民进行科普解释的时候,有村民从自家屋里拿出了一个鹅蛋,然后和鸟巢里的蛋进行了一番对比。

为了进一步求证自己的判断,文陇英教授和刘方庆主任将铁丝鸟巢里的这枚蛋带回了学校进行实验鉴定,经过最简单最直接的体视显微镜观察,两位专家发现,铁丝鸟巢里面的蛋和村民家中拿出来的鹅蛋,表面纹理完全相同。

乐山师范学院生命科学学院教学实验室主任 刘方庆:从它的质地、颜色、纹理这几各方面,就可以确定,这两个蛋是一样的,也就是说,这个巢里的蛋就是鹅蛋。

随着调查的深入,这个铁丝鸟巢的真相一步步被揭开,虽然大家目前还不知道人为编织这个鸟巢人员的动机。在文陇英教授看来,有人能用铁丝去编织这样一个精美的鸟巢,其实侧面反映了他对自然环境、对野生鸟类的关注,从某种角度讲也是一种很有心也很有爱的表达,值得肯定和点赞。

乐山师范学院生命科学学院教授 文陇英:说明人们对环境保护,特别是对自然的热爱。而且筑这个巢可能还模仿了北京的鸟巢,是用金属造的,造型很美,设计还有设计感,我们觉得应该鼓励,我们希望这个创作的人能够跟我们有更多的交流,他原始的动机也是对人们一个启示,而且对自然的热爱也值得我们去弘扬,觉得这是一件很好的事情。

随着真相一步步揭开,再来回顾这件事的来龙去脉,真的如文陇英教授所说的,从有心人编织这个铁丝鸟巢,再到村民关注这个鸟巢并拨打我们栏目电话寻求真相,一言一行都能看出大家对自然生态环境的关注,对野生动物保护的关注,为大家这份有心又有爱的举动点赞。


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