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先進半導體材料在 5G、能源互聯(lián)網(wǎng)及新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用示范工程-華普通用

發(fā)表日期:2021/12/24 瀏覽次數(shù):

先進半導體材料在 5G、能源互聯(lián)網(wǎng)及新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)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(lián)網(wǎng)、新能源汽車、光伏逆變器等領(lǐng)域的應(yīng)用,符合智能化發(fā)展、節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)自主可控等國家重大戰(zhàn)略需求,能夠為相關(guān)產(chǎn)業(yè)搶占未來發(fā)展的戰(zhàn)略性和引領(lǐng)性技術(shù)制高點提供關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)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(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源和光伏逆變器領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用;SiC 功率器件將在能源互聯(lián)網(wǎng)中的電力路由器、新能源汽車中得到廣泛應(yīng)用。未來 5 年,上述 3 個發(fā)展方向的國內(nèi)市場規(guī)模將超過千億元。

  現(xiàn)階段,化合物半導體相關(guān)技術(shù)已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ),在 5G、新能源并網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用市場已經(jīng)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(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)已經(jīng)開始了產(chǎn)業(yè)與市場布局。

  相對而言,國內(nèi)的機構(gòu)和企業(yè)布局分散、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化能力較弱,面對即將到來的產(chǎn)業(yè)競爭,國內(nèi)企業(yè)還需要政府通過應(yīng)用示范工程,達到技術(shù)和產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)快速成熟、產(chǎn)業(yè)能力快速壯大的目的。

  工程目標

  以應(yīng)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(tǒng)集成技術(shù)加速發(fā)展,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。GaN 射頻器件在 5G 基站和微基站的國產(chǎn)化率達到 50%,在移動終端領(lǐng)域的國產(chǎn)化率達到 70%;GaN 功率器件在消費類電子領(lǐng)域的國產(chǎn)化率達到 80%,SiC 功率器件在電力路由器、新能源汽車應(yīng)用領(lǐng)域的國產(chǎn)化率達到 50%。

  工程任務(wù)

  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(tǒng)集成等方面的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

  在 GaN 外延材料方面,突破 6 in 高質(zhì)量 SiC 基 GaN 外延材料生長技術(shù),進一步降低異質(zhì)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(zhì)結(jié)材料質(zhì)量、電學性能和可靠性。通過材料體系、生長技術(shù)和電路設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新,GaN 微波大功率器件工作電壓提高到 100 V 以上,開發(fā) 10 kW 以上 GaN 微波功率器件,在 175℃結(jié)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(xiàn) 8 in Si 基 GaN 外延材料和功率器件技術(shù)產(chǎn)業(yè)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(yīng)用需求。

  開發(fā) 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(fā)萬伏級 SiC 二極管、金屬–氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)等高壓 SiC 電力電子芯片;開發(fā)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(fā)新型電力路由器,并具備工程示范應(yīng)用能力;開發(fā)車規(guī)級的 1200 V 和 1700 V 全 SiC 功率模塊,開發(fā)車載充電和電機驅(qū)動控制系統(tǒng),并通過車規(guī)級認證。


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