第三代半导体写入“十四五”规划，分析仪器如何助力产业发展

近日，有消息称，我国计划把大力支持发展第三代半导体产业，写入“十四五”规划，计划在2021-2025年期间，大力支持发展第三代半导体产业，以期实现产业独立自主。这一消息再次将第三代半导体映入人们的视线。

第一代半导体兴起于20世纪五十年代，以硅（Si）、锗（Ge）半导体材料为代表，广泛应用于集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业。20世纪九十年代以来，随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起,以砷化镓、锑化铟为代表的第二代半导体材料开始崭露头角。

近年来，以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化锌(ZnO)、金刚石为四大代表的第三代半导体材料开始初露头角。第三代半导体具备高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件，在光电子和微电子领域具有重要的应用价值。目前，市场火热的5G基站、新能源汽车和快充等都是第三代半导体的重要应用领域。

密集出台第三代半导体发展政策

　　2014 年，美国总统奥巴马宣布成立“下一代功率电子技术国家制造业创新中心”;同期，日本建立了“下一代功率半导体封装技术开发联盟;欧洲启动了产学研项目“LASTP OWER”，由意法半导体公司牵头，协同来自意大利、德国、法国、瑞典、希腊和波兰等六个欧洲国家的私营企业、大学和公共研究中心，联合攻关SiC和GaN的关键技术。

　　我国政府高度重视第三代半导体材料的研究与开发，从 2004 年开始对第三代半导体领域的研究进行了部署，启动了一系列重大研究项目，2013 年中国科技部在 863 计划新材料技术领域项目征集指南中明确将第三代半导体材料及应用列为重要内容。2015年，中国建立第三代半导体材料及应用联合创新基地，，国家科技部、工信部、北京市科委牵头成立第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA)，推动我国第三代半导体材料及器件研发和相关产业发展。

　　我国在“中国制造2025”计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业。国内厂商在第三代半导体进行全产业链布局，自主可控能力较强。国内厂商布局第三代半导体的设备、衬底、外延和器件全产业链环节，包括难度最大的衬底长晶环节，自动化程度较高的外延环节和应用于下游市场的器件环节，第三代半导体全产业链布局，可完全自主可控。

此外，地方政府更是密集出台大量政策来响应国家计划，扶持第三代半导体产业发展。2018年，福建省出台9项政策，北京2项。2019年，福建省出台2项政策，江苏省出台1项，北京2项，广东省1项，山东省2项。据CASA统计，2019年1季度，我国各级政府机构涉及第三代半导体相关的政策条文就多达10条（2018年同期18条），政策内容涉及集群培育、科研奖励、人才培育、项目招商、生产激励等多个方面，地区包括天津、深圳、济南、北京、厦门、南昌、广州、徐州等8个地区。

今年更是有消息称大力发展第三代半导体将写入“十四五”规划。在国家政策的大力支持下，国内第三代半导体产线陆续开通，产能不断增加。据CASA Research不完全统计，2019年，国内主要企业Si基GaN外延片(不含LED)折算6英寸产能约为20万片/年，Si基GaN器件(不含LED)折算6英寸产能约为19万片/年。SiC基GaN外延片折算4英寸产能约为10万片/年，SiC基GaN器件折算4英寸产能约为8万片/年。SiC方面，国内主要企业导电型SiC衬底折合4英寸产能约为50万片/年，半绝缘SiC衬底折合4英寸产能约为寸产能约为20万片/年;SiC外延片折算6英寸产能约为20万片/年。

分析检测仪器助力第三代半导体发展

随着工业、汽车等市场需求的增加，以GaN、SiC为代表的第三代半导体材料的重要性与优越性逐渐凸显了出来。同时，随着第三代半导体材料产业化技术日趋成熟，生产成本不断降低，使得第三代半导体材料突破传统硅基半导体材料的瓶颈，从而引领了新一轮产业革命。未来采用第三代半导体材料器件的产品和企业将会越来越多。但在半导体器件向小型化和集成化方向发展的同时，半导体器件特性测试也越来越重要。

数字源表源测量单元（SMU）就被视为是可支持第三代半导体材料器件的测试仪器。这种仪器在同一引脚或连接器上结合了源功能和测量功能，它将电源或函数发生器，数字万用表（DMM）或示波器，电流源和电子负载的功能集成到一个紧密同步的仪器中。可以在输出电压或电流的同时，测量电压和/或电流。

一般说来，SMU测量能力超过类似单台仪器的任意组合。SMU可以进行高精度，高分辨率和高灵活性的测试分析。被广泛应用在 IV 检定、测试半导体及非线性设备和材料等方面的测试方面。这对于吞吐量和准确度尤其如此。源和测量电路的详尽设计知识和工作电路之间的反馈实现补偿技术能实现优秀的仪器特性，包括能针对具体工作条件进行动态调整的近乎完美输入和输出阻抗。这种紧密集成以极高分辨率实现快速源-测量周期。这些优点在半成品晶圆以及成品上进行的半导体测量中最突出。

SiC、GaN等薄膜外延生长后，需要检测薄膜的表面形貌来表征材料生长效果。通常使用高分辨率的透射电镜（HRTEM）检测，它只是分辨率比较高，一般透射电镜能做的工作它也能做，但高分辨电镜物镜极靴间距比较小，所以双倾台的转角相对于分析型的电镜要小一些。

高分辨X射线衍射是半导体材料表征的标准装备，可用于半导体材料和器件等的研究和生产质量控制。其适用于各种薄膜样品的测试应用，尤其适合外延薄膜和单晶晶圆的结构分析和表征，例如：摇摆曲线分析、倒易空间图、反射率、薄膜物相分析、掠入射表面分析、残余应力和织构分析等。

此外，光致发光光谱(PL)、原子力显微镜、二次离子质谱（SIMS）、椭圆偏振仪等是第三代半导体的检测的重要仪器。随着国内第三代半导体的研究热潮和产业大面积落地，第三代半导体检测仪器将迎来巨大的市场机遇。