第三代半导体联盟副秘书长：以技术标准推动产业协同发展
前言
8月17日，由充电头网主办的2022（夏季）全球第三代半导体产业峰会在深圳福田会展中心成功举办。本次展会汇集了30多家第三代半导体厂商参展，并邀请了第三代半导体行业人士对行业动态进行介绍以及技术分享。
本次峰会邀请到了第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA，以下简称“联盟”）副秘书长高伟博士在本次产业峰会上发表演讲，演讲的题目为《以技术标准推动第三代半导体产业链协同发展》，着重介绍了第三代半导体产业现状、联盟标准化工作以及联盟下一步工作规划。
产业现状
高伟博士演讲开篇介绍，第一代、第二代、第三代半导体的产业现为共存的状态，第三代半导体以氮化镓、碳化硅等宽禁半导体为代表，是支撑战略性新兴产业发展。
在功率电子、功率转换上，第三代半导体能够发展出更多的产业，未来能够以此为契机重塑国际半导体产业格局。
与传统半导体一致，第三代半导体的产业应用分为光电子、微波射频、电子电子三个领域。
在2021年，我国第三代半导体产值7900 亿元（含LED ），其中电力电子、射频的产值分别为58亿、69亿。
在半导体照明领域，我国基本实现全产业链自主可控，同时是全球最大的生产应用出口国家，2020年产值为7013亿元，芯片国产率接近80%，未来能够在光电子和微电子实现深度融合，跨界创新应用有望引领国际发展。
微波射频方面，相比光电子而言，刚开始进行国产替代。在“十三五“阶段国内统计数据来看，2020年国内宏站用氮化镓射频器件国产化率超过20%，有望在”十四五“阶段氮化镓微波射频器件的国产化率能够达到80%，部分能够达到先进水平。
功率电子方面也是国产化率并不太高的领域，不到5%，基本形成完整产业链，但技术水平落后国外5年左右，车规级、电网级功率电子材料和器件基本全部依赖进口，目前已实现4英寸SiC衬底产业化，6英寸小批量供货，部分打破国际垄断。
功率半导体材料和芯片是高铁、新能源汽车牵引、电控系统“心脏”，未来有较好的市场增长机遇，其相关应用领域的加速，如新能源、PD快充市场的爆发，从需求上提升拉动产业链能力。
联盟介绍
联盟成立于2015年，是在国家科技部、工信部、北京市政府等的支持下，由第三代半导体相关科研机构、院校、优势企业等自愿发起并在民政部门正式注册成立的社团法人，是为第三代半导体及相关新兴产业提供全方位创新服务的新型组织。
高伟博士介绍，联盟在第三代半导体产业的定位是推动协同创新体系和产业生态的完善，主要有三个方面的工作：为政府决策提供支撑，推动创新体系建设，完善产业生态环境。
联盟的目标是围绕科技创新、标准研制与产业发展协同机制，探索以科研研发提升技术标准水平、以技术标准促进科技成果转化应用新模式，发挥联盟优势，促进创新成果转化为现实生产力，引领产业发展，推进第三代半导体的技术进步和产业化，提高我国第三代半导体产业的整体竞争力。
具体而言，在为政府决策提供支撑方面，在国家科技规划及政策制定上提供支撑，对接国家重大项目，探索科技项目的第三方管理模式。同时，协助地方政府规划布局，促进产业集聚，深度参与国际产业和技术路线图，制定发展规划和年度产业报告。
推动创新体系建设上，构建开放创新平台，如研发、中试和检测平台， 国产化装备及整机验证平台，示范应用推广平台；推动产业健康有序发展，以基地为载体，围绕产业链，构建创新链，推动创新体系和生态完善。
第三个完善产业生态环境方面，在国际创新创业大赛上，推动成果转化、孵化服务平台；加大人才培养力度，提供全方位信息服务；促进投融资，搭建产业金融服务平台；标准先行，推进检测、认证服务能力建设。
联盟通过在全球范围内集聚和共享创新资源，构建以市场为牵引，研发、产业、资本深度融合的产业创新体系，引领第三代半导体的跨区域、跨学科、跨行业的协同发展，现有法人会员260多家，青委会个人会员200多人。
标准工作的进展
据高伟博士介绍，联盟目前制定了25项的标准工作，在碳化硅MOS功率器件上做了一些通用技术规范，包括功率循环、热阻测试；
相关专业术语的定义、碳化硅器件的技术规范。
除此以外，标准还包括车规级半导体功率器件测试认证规范、二次离子质谱检测方法、结壳热阻瞬态双界面测试方法等。
此外，第三代半导体因其高频、高压，特别是高温的特性，对新的封装材料有一定的需求，在微纳米金属烧结技术制定了标准，在宽禁带半导体封装用烧结银膏的产品标准。
根据前期标准调研的结论上，高伟博士指出：现有硅（Si）的标准不完全适用于碳化硅/氮化镓（SiC/GaN）器件的测试与评估。
我国的硅（Si）半导体器件国家标准体系是现有第三代半导体标准制定的基础，目前硅半导体器件基本等同采用IEC/TC47标准，标准偏向通用技术规范，对产业指导性偏宏观，可执行性弱。
我国企业执行的标准多为国际行业组织制定，如JESD47工业类IC、AEC Q101汽车级器件、AQG 324汽车级模块，国内并没有完整转化的渠道，国际团体标准上没有做转化的工作，但国际标准在国内执行上的情况较好。
这些标准对SiC/GaN器件与模块来讲，特别是AEC Q101汽车级器件在汽车产业链上，需要遵守最低要求。
氮化镓和碳化硅更宽的温度范围、更高的电场强度（15倍）、更快的开关速度所要求的高可靠性，使得原来硅器件标准不再适用，且氮化镓和碳化硅衬底、外延、芯片结构设计/工艺制造、封装功能/结构/材料等方面的成熟度远远低于硅，亟需集中力量构建新的标准体系。
功率器件测试面临的问题
高伟博士还介绍了GaN HEMT （氮化镓高电子迁移率晶体管）功率器件测试面临的问题。
基于GaN-on-Si技术，GaN HEMT在电源转换领域，如快充适配器，实现了颠覆性变革，但新的材料与工艺结构，使器件面临栅氧界面时间击穿、热载流子降级和电荷捕获的问题；
在电源转换中，GaN晶体管与不同的拓扑和大量组件交互，不同拓扑结构适用性不明确，高开关速度(dv/dt = 100 V/ns)也为测试技术带来一系列挑战。
此外，硬开关问题在许多电路拓扑工作过程中很难避免，如三相牵引供电系统，AC/DC中图腾柱PFC以及谐振开关电路的启动和过流保护过程等等。
GaN HETM在硬开关条件下，同时承受高压应力及热电子冲击，可能造成较为严重的动态导通电阻退化问题，从而导致电力电子系统性能的恶化。
联盟下一步的规划
高伟博士介绍，联盟在短期内将研究原有标准体系，初步组件第三代半导体标准化工作团队，制定制定基础标准，制定SBD、MOSFET、HEMT测试标准/通用技术规范；
中期内面向消费级、工业级、商业级等应用，制定器件、模块、材料等的技术要求，覆盖接口、性能、可靠性、验收等标准；
长期上形成第三代半导体电力电子标准体系，建立标准制定、实施的机制，支撑产业健康发展，制定我国主导的国际标准，形成产业的国际影响力。
未来联盟将推动应用广泛，细分场景、可靠性试验方法等差异性标准先行，进行试验方法的标准统一；
通过校企联合的方式，结合利益相关方开展标准制定，逐步提升测试设备国产化率，以降低市场成本，支撑产业快速发展；
以技术标准为桥梁，衔接国家重点研发计划、重大项目工程，服务应用解决方案的市场拓展；
并汇聚产业优势资源，针对下游的细分应用领域，与相关技术委员会建立联络关系，协同推进产业上、下游发展， 从而提升我国市场优势，培育产业国际竞争力。
充电头网总结
当前我国第三代半导体产业发展迎来极佳的机遇，虽然在微波射频、功率电子领域的国产率较低，但凭借下游对产品需求增加，将向上拉动行业的发展。 在标准制定上，仍需加快与市场同步，实现与国际接轨，在长远方向上把握标准的主动性，进而推动中国第三代半导体产业上下游协同发展。相关阅读：1、17位嘉宾倾情分享，2022（夏季）USB PD&Type-C亚洲大会精彩回顾2、2022（夏季）亚洲充电展第一天，精彩不断3、8月16-18日，来深圳看2022（夏季）亚洲充电展！4、大咖说：对第三代半导体行业的展望5、39家电源芯片企业参加2022亚洲充电展
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