寬禁帶（一般指禁帶寬度>2.3eV）半導(dǎo)體材料的研發(fā)與應(yīng)用方興未艾，正在掀起新一輪的熱潮；其中碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）以高效的光電轉(zhuǎn)化能力、優(yōu)良的高頻功率特性、高溫性能穩(wěn)定和低能量損耗等優(yōu)勢(shì)，成為支撐信息、能源、交通、先進(jìn)制造、國(guó)防等領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)新材料。

回顧歷史，20 世紀(jì)50 年代中期出現(xiàn)SiC 晶體生長(zhǎng)的第1 個(gè)專利。2007 年美國(guó)Cree 公司成功制備直徑100 mm 的SiC 零微管襯底，而后推出二極管產(chǎn)品并在技術(shù)和應(yīng)用層面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。GaN 也是跨世紀(jì)期間方有較快發(fā)展，1993年GaN 外延藍(lán)光二極管研制成功，1996 年白光LED 誕生并迅速產(chǎn)業(yè)化；中村修二、赤崎勇、天野浩3 人因“發(fā)明高效GaN 基藍(lán)光發(fā)光二極管，帶來明亮而節(jié)能的白色光源的貢獻(xiàn)”，獲得2014 年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

近年來，SiC、GaN 射頻電路和電力電子器件顯現(xiàn)出重要的軍事應(yīng)用和良好的市場(chǎng)前景，發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛將其列入國(guó)家戰(zhàn)略，投入巨資支持。2014 年初，美國(guó)宣布成立“下一代電力電子器件國(guó)家制造創(chuàng)新中心”，歐洲啟動(dòng)了“LAST POWER”產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，日本則設(shè)立了“下一代功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)開發(fā)聯(lián)盟”。美國(guó)計(jì)劃在未來5 年內(nèi)，加速民用SiC、GaN 電力電子器件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計(jì)節(jié)能效果大約相當(dāng)于900 萬家庭用電總量。當(dāng)前，中國(guó)發(fā)展寬禁帶半導(dǎo)體具有良好的機(jī)遇和合適的環(huán)境。從消費(fèi)類電子設(shè)備、新型半導(dǎo)體照明、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、新一代移動(dòng)通信、智能電網(wǎng)、高速軌道交通、大數(shù)據(jù)中心，到導(dǎo)彈、衛(wèi)星及電子對(duì)抗系統(tǒng)，均對(duì)高性能SiC 和GaN 器件有著極大的期待和需求。因此無論從國(guó)防安全出發(fā)還是以經(jīng)濟(jì)發(fā)展的視角，寬禁帶半導(dǎo)體材料的發(fā)展空間都很大，市場(chǎng)前景也很好。發(fā)展寬禁帶半導(dǎo)體材料需要關(guān)注以下幾點(diǎn)。

1）寬禁帶半導(dǎo)體材料及應(yīng)用具有學(xué)科交叉性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性大等特點(diǎn)，需要做好頂層設(shè)計(jì)，進(jìn)行統(tǒng)籌安排。中國(guó)在SiC、GaN 半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、產(chǎn)業(yè)化方面布局基本合理恰當(dāng)，各計(jì)劃之間注意了協(xié)同配合，相信在這次國(guó)際發(fā)展的浪潮中將會(huì)有令人鼓舞的進(jìn)展。SiC、GaN 于發(fā)光領(lǐng)域的進(jìn)展此處不再贅述，現(xiàn)當(dāng)務(wù)之急是加速SiC、GaN 電力電子器件的研發(fā)，拓展在民用領(lǐng)域的應(yīng)用，搶占下一代功率電子產(chǎn)業(yè)的廣闊市場(chǎng)，推動(dòng)新一代信息技術(shù)、新能源產(chǎn)業(yè)和中國(guó)制造2025 的快速發(fā)展。

2）寬禁帶半導(dǎo)體材料是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的領(lǐng)域。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)SiC和GaN的研究與應(yīng)用仍存在諸多問題，如襯底材料的完整性、外延層及歐姆接觸的質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性、器件可靠性以及成本控制等；其產(chǎn)業(yè)化的難度比外界想象的還要大。發(fā)展寬禁帶半導(dǎo)體，一方面要依靠自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，滿足國(guó)防軍工對(duì)HEMT、MMIC 等器件和電路的需求，并隨時(shí)將成熟技術(shù)通過軍民融合向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移拓展。另一方面要充分發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的作用，開展以需求為導(dǎo)向，以市場(chǎng)為目標(biāo)的研究與開發(fā)，做到克服瓶頸、解決難題、進(jìn)入市場(chǎng)、用于實(shí)際。此外，加強(qiáng)寬禁帶半導(dǎo)體材料研發(fā)及應(yīng)用，急需引進(jìn)和培養(yǎng)人才雙管齊下，遴選領(lǐng)軍人才、充實(shí)技術(shù)骨干、加快隊(duì)伍建設(shè)。

3）寬禁帶半導(dǎo)體應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化是中國(guó)的短板。因此需要設(shè)計(jì)、工藝、材料、可靠性、成品率、性價(jià)比全面滿足各類應(yīng)用系統(tǒng)的要求；同時(shí)要注重設(shè)備儀器、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、稅收政策、金融環(huán)境等全產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)環(huán)境的建設(shè)，強(qiáng)化多方配合與協(xié)同發(fā)展。尤其要支持企業(yè)牽頭的應(yīng)用研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作；SiC 和GaN 民用領(lǐng)域廣泛，會(huì)出現(xiàn)眾多中小型科技企業(yè)，政府應(yīng)出臺(tái)政策、予以鼓勵(lì)。

4）寬禁帶半導(dǎo)體是未來高科技發(fā)展的重要方向之一，新一代信息產(chǎn)品市場(chǎng)將是寬禁帶半導(dǎo)體SiC、GaN發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。2015年，TriQuint 和RFMD 兩家公司合并成立Qorvo 公司的目的之一，就是為了爭(zhēng)奪未來5G 移動(dòng)產(chǎn)品和下一代無線網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)的市場(chǎng)。由先進(jìn)的SiC 和GaN 半導(dǎo)體技術(shù)帶動(dòng)的市場(chǎng)空間將是巨大的，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)相當(dāng)可觀。目前，國(guó)際民用電力電子器件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展僅處于起步階段，尚未形成巨大的實(shí)際市場(chǎng)。如果集中力量協(xié)同創(chuàng)新，有可能在相關(guān)領(lǐng)域獲得比較優(yōu)勢(shì)進(jìn)而占據(jù)領(lǐng)先地位。

5）SiC、GaN材料適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，能有效提高系統(tǒng)的效率，對(duì)發(fā)展“大智物移云”具有重要作用。SiC和GaN 器件不會(huì)取代硅集成電路。2000 年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者阿爾費(fèi)羅夫即認(rèn)為：“化合物半導(dǎo)體并非要取代硅，但它能做硅半導(dǎo)體做不到的事情”。未來，SiC、GaN 和硅將在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮各自的作用、占據(jù)各自的市場(chǎng)份額。即便是電力電子器件，寬禁帶半導(dǎo)體材料也不可能完全替代硅，緣于應(yīng)用和市場(chǎng)還會(huì)細(xì)分，同時(shí)也要權(quán)衡材料與器件的成本和性價(jià)比。因此，發(fā)展SiC、GaN 材料與器件應(yīng)避免熱炒概念、一哄而起、盲目投資、互挖人才、低水平重復(fù)建設(shè)。

最近，更寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鋁（AlN）、氧化鎵（Ga2O3）特別是金剛石的研發(fā)有了令人可喜的進(jìn)展，國(guó)內(nèi)多個(gè)大學(xué)和研究單位均研制出較大尺寸的金剛石薄膜及體材料，并得到初步應(yīng)用的結(jié)果。展望未來，進(jìn)一步加強(qiáng)寬禁帶半導(dǎo)體研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，對(duì)軍事國(guó)防安全和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展將具有舉足輕重的作用。相信我們有能力搶占寬禁帶半導(dǎo)體材料及應(yīng)用的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)世界科技強(qiáng)國(guó)的宏偉目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。