2024年度中国第三代半导体技术十大进展

2024年11月18-21日，第十届国际第三代半导体论坛&第二十一届中国国际半导体照明论坛（IFWS&SSLCHINA2024）在苏州盛大召开。此次论坛汇聚了来自产业链各环节的超千人代表，其中包括多位院士和行业专家。在开幕式上，备受瞩目的2024年度中国第三代半导体技术十大进展正式揭晓。这些进展不仅展示了中国在第三代半导体技术与产业方面的快速发展，也为未来的科技创新和产业发展提供了新的方向和动力。

出席开幕式的领导嘉宾有中国工程院院士、中国工程院原副院长、国家新材料产业发展专家咨询委员会主任干勇，中国科学院院士、厦门大学党委书记、教授张荣，中国科学院院士、浙大宁波理工学院校长、浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室主任、教授杨德仁，中国工程院院士、清华大学教授罗毅，中国科学院外籍院士、瑞典皇家科学院及工程院两院院士、瑞典德隆大学教授、南方科技大学讲席教授Lars SAMUELSON，工业和信息化部电子信息司集成电路处处长郭力力，工业和信息化部电子信息司集成电路处副处长朱邵歆，中国中小企业协会、国家发展改革委原气候司巡视员谢极，科技部战略规划司原司长王晓方，国际半导体照明联盟（ISA）联合秘书长、科技部国际合作司原司长靳晓明，科技部资源配置与管理司原副司长、一级巡视员曹国英，工业与信息化部电子司原副司长季国平，国家自然科学基金委员会信息科学部原副主任何杰，苏州实验室副主任景震强，苏州市科技局副局长刘俊，苏州纳米科技发展有限公司党委书记、董事长张淑梅，美国光学学会院士、中美光电学会院士、台湾清华大学荣誉讲座教授刘容生，台湾光电科技工业协进会前执行长罗怀家，美国 PowerAmerica 执行董事兼CTO、ICSCRM 2024 大会主席、北卡罗莱纳州立大学教授、IEEE宽禁带功率半导体技术路线图委员会(ITRW)主席 Victor VELIADIS，华为技术日本株式会社大阪研究所高级首席专家Kimimori HAMADA，日本理化研究所平山量子光素子研究室主任Hideki HIRAYAMA，英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强，第三代半导体产业技术创新战略联盟副理事长、北京大学理学部副主任、特聘教授沈波，联盟副理事长、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所副所长、研究员、江苏第三代半导体研究院院长徐科，中国科学院大学教授、中国科学院空天信息创新研究院研究员、“十四五”国家重点研发计划“新型显示与战略性电子材料”专项专家组组长樊仲维，华南师范大学校长杨中民， 中国科学院福建物质结构研究所副所长林文雄，清华大学教授潘峰，西安电子科技大学副校长、教授张进成，香港科技大学首席教授陈敬，福州大学特聘教授、国际信息显示学会（SID)中国区总裁严群，赛迪研究院集成电路研究所所长周峰，华润微电子有限公司总裁李虹，北京北方华创微电子装备有限公司总裁董博宇，扬州扬杰电子科技股份有限公司副董事长梁瑶，杭州士兰微电子股份有限公司副总经理、教授级高工闻永祥，深圳汇川技术有限公司联合创始人柏子平，广州南砂晶圆半导体技术有限公司董事长王垚浩，河北同光半导体股份有限公司董事长郑清超，复旦大学上海碳化硅功率器件工程技术研究中心主任张清纯，第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长、国家新材料产业发展专家咨询委员会委员吴玲，中关村半导体照明工程研发及产业联盟理事长、中国科学院半导体研究所原所长、研究员、半导体照明联合创新国家重点实验室主任李晋闽。

此外，还有众多来自海内外相关领域的政府领导、知名专家、企业领袖、行业组织领导、投资机构以及媒体朋友，近千人出席了开幕大会。围绕第三代半导体技术、应用，深入探讨交流最新技术进展与发展趋势，分享前沿研究成果，共议产业发展新未来。

第三代半导体产业技术创新战略联盟副理事长兼秘书长杨富华主持了开幕式环节。2024年度中国第三代半导体技术十大进展发布如下:

一、6-8英寸蓝宝石基氮化镓中高压电力电子器件技术实现重大突破

西安电子科技大学广州第三代半导体创新中心团队成功攻克了6-8英寸蓝宝石基氮化镓（GaN）电力电子器件的外延、设计、制造和可靠性等系列难题。他们提出了新型低翘曲超薄外延异质结构和Al2O3/SiO2复合介质钝化方法，实现了1200V和1700V高性能GaN HEMT中试产品的开发，并通过了HTRB、HTGB等可靠性评价。这一成果已被应用于致能科技等公司的系列产品中，显著推动了蓝宝石基GaN成为中高压电力电子器件方案的有力竞争者。

二、垂直注入铝镓氮基深紫外发光器件的晶圆级制备

北京大学团队针对深紫外LED电光转换效率低下的难题，提出了一种基于GaN/蓝宝石模板的深紫外LED制备新技术路线。他们通过高Al组分AlGaN层预置裂纹，实现器件结构层与GaN层的应力解耦，得到了表面无裂纹的深紫外LED晶圆。同时，预置裂纹可有效缓冲剥离过程中的局部应力。该技术路线充分利用了Ga金属滴在激光剥离过程中为液态的优点，采用常规的355nm短波长激光器实现了深紫外LED外延结构2-4英寸晶圆级无损伤剥离，并成功制备出垂直注入器件。在200mA注入电流下，发光波长280nm的深紫外LED光输出功率达65.2mW。相关成果已发表于《Nature Communications》上。

三、基于铟镓氮红光Micro-LED芯片的全彩显示技术

南京大学、厦门大学、合肥工业大学和沙特阿卜杜拉国王科技大学联合攻关氮化镓基高铟组分红光材料及其Micro-LED器件技术。他们采用分子束外延制备出高电注入效率的隧道结红光Micro-LED器件，相关成果发表在《Applied Physics Letters》上，并选为Editor’s Pick。进一步与天马微电子公司合作，研制出国际上第一块基于铟镓氮基红绿蓝Micro-LED芯片的1.63寸、像素密度达403 PPI的TFT驱动全彩显示屏，完成了Micro-LED全彩显示方案的新技术验证。

四、高功率密度、高能效比深紫外Micro-LED显示芯片

香港科技大学、南方科技大学、国家第三代半导体技术创新中心（苏州）、思坦科技等单位通过长期联合攻关，基于高功率密度、高像素密度、低功耗的深紫外Micro-LED显示芯片实现了深紫外Micro-LED无掩膜光刻技术。他们搭建了无掩膜光刻原型机平台并制备了首个深紫外Micro-LED无掩膜曝光的Micro-LED器件。该技术将紫外光源和掩膜板图案融为一体，在短时间内为光刻胶曝光提供足够的辐照剂量，为产业发展开创了一条新路径。相关成果已发表在《Nature Photonics》上。

五、氮化镓缺陷引起的局域振动的原子尺度可视化

针对氮化物半导体中与缺陷相关的局域振动模难以分析表征的问题，北京大学团队与美国橡树岭国家实验室合作，使用扫描透射电子显微镜-电子能量损失谱技术，结合高角环形暗场成像及EELS谱与第一性原理计算，精确识别了氮化镓中层错缺陷的原子结构，并观测到相关的三种声子振动模式：局域缺陷模式、受限体模式和完全扩展模式。相关研究实现了氮化物半导体中缺陷相关的声子模式分辨，并为氮化物半导体器件的热管理技术发展提供了新的思路。相关成果已发表在《Nature Communications》上。

六、千伏级氧化镓垂直槽栅晶体管

中国科学技术大学团队针对氧化镓缺乏有效p型掺杂导致难以实现增强型垂直结构晶体管的难题，通过优化后退火工艺实现氮替位激活和晶格损伤修复，研制出千伏级氧化镓垂直槽栅晶体管。这一成果为实现面向应用的高性能氧化镓晶体管提供了新思路，并发表于第36届国际功率半导体器件和集成电路会议，同时获得了大会唯一最佳海报奖。

七、2英寸单晶金刚石异质外延自支撑衬底实现国产化

西安交通大学研究团队采用微波等离子体化学气相沉积技术，成功实现了2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底的国产化。他们通过对成膜均匀性、温场及流场的有效调控，提高了异质外延单晶金刚石成品率。衬底表面具有台阶流生长模式，可降低衬底的缺陷密度，提高晶体质量。XRD（004）、（311）摇摆曲线半峰宽分别小于91弧秒和111弧秒，为金刚石的半导体应用奠定了基础。

八、8英寸碳化硅材料和晶圆制造实现产业化突破

成本与有效产能是阻碍碳化硅进入大规模应用的关键性问题。从6英寸向8英寸转型升级已成为产业发展的大势所趋。国内多家材料企业实现了8英寸产业化技术突破，形成了供货能力。同时，国内8英寸碳化硅晶圆制造线工艺技术已通过产品流片验证，正式开启了碳化硅8英寸进程。

九、国产车规级碳化硅MOSFET器件实现新能源汽车电驱应用

国内企业实现了车规级碳化硅材料、器件设计、工艺加工和模块封装全链条技术突破，关键指标对标国外量产产品典型技术水平。采用国产碳化硅MOSFET的电驱系统已通过汽车企业验证，应用数量超过千台。这一成果标志着我国在新能源汽车电驱系统方面取得了重要进展。

十、氮化镓基蓝光激光器关键技术取得产业化突破

氮化镓基蓝光激光器关键技术取得了产业化突破。氮化镓单晶衬底形成了以中科院苏州纳米所、南京大学、苏州纳维、东莞中镓、上海镓特等为代表的产学研方阵，产品达到国际先进水平，国产化率达到50%以上。苏州镓锐、飓芯科技、三安光电等均推出了蓝光激光器产品，室温连续工作3安培电流下光功率5瓦，WPE效率超过41%，60度条件下加速老化外推寿命大于2万小时。这一成果为氮化镓基蓝光激光器的广泛应用提供了有力支撑。

2024年度中国第三代半导体技术十大进展的发布，不仅展示了我国在第三代半导体技术与产业方面的快速发展，也为未来的科技创新和产业发展提供了新的方向和动力。这些技术进展不仅具有重大的科学意义和应用价值，也为我国在半导体领域实现自主可控和高质量发展提供了有力支撑。

新科技时代背景下，创新和技术挑战持续推动着第三代半导体技术研究和应用的发展进程，展现出巨大的应用潜力，产业化水平不断提升。技术的变革升级也将深刻影响未来产业的格局塑造。

随着第三代半导体技术的不断发展和应用领域的不断拓展，我们将迎来更多的技术突破和产业创新。同时，我们也需要加强国际合作与交流，共同推动全球半导体产业的繁荣发展。相信在不久的将来，中国将在半导体领域取得更加辉煌的成就。