在Intel、IBM等國(guó)際著名半導(dǎo)體公司的大力推動(dòng)下，高遷移率III-VMOS器件的研究取得了一系列突破性進(jìn)展：（1）與同等技術(shù)水平的硅基NMOS技術(shù)相比，高遷移率III-VNMOS技術(shù)具有顯著的速度優(yōu)勢(shì)（速度提高3-4倍）、超低的工作電壓（0.5V電源電壓）和極低的功耗（動(dòng)態(tài)功耗降低一個(gè)數(shù)量級(jí)）；（2）與新興的分子、量子器件相比（例如有機(jī)分子器件、碳基納米器件），III-V族化合物半導(dǎo)體材料已廣泛應(yīng)用于微波電子與光電子器件領(lǐng)域，人們對(duì)其材料屬性與器件物理的了解十分深入，其制造技術(shù)與主流硅工藝的兼容性好；（3）III-V族化合物半導(dǎo)體是光發(fā)射與接收的理想材料，這將為極大規(guī)模集成電路（ULSI）中光互連技術(shù)以及集成光電子系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)。

鑒于高遷移率CMOS技術(shù)的重大應(yīng)用前景，采用高遷移率III-V族半導(dǎo)體材料替代應(yīng)變硅溝道實(shí)現(xiàn)高性能CMOS的研究已經(jīng)發(fā)展成為近期微電子領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，2009年至2011年的國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）每年有超過(guò)10篇高遷移率III-VMOS器件的研究論文。近年來(lái)，ITRS也將高遷移率III-V族化合物材料列為新一代高性能CMOS器件的溝道解決方案之一。根據(jù)Intel公司的預(yù)計(jì)，高遷移率III-VMOS技術(shù)將在2015年左右開(kāi)始應(yīng)用于11納米CMOS技術(shù)節(jié)點(diǎn)。

目前，在世界范圍內(nèi)尚處于起步階段的高遷移率CMOS技術(shù)的研究現(xiàn)狀，為我國(guó)在“后22納米”CMOS領(lǐng)域的研究提供了自主創(chuàng)新的新機(jī)遇。如果我們能夠抓住機(jī)遇，在集成電路技術(shù)的前沿領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，這將打破我國(guó)微電子研究長(zhǎng)期追趕國(guó)際前沿、無(wú)法取得核心技術(shù)的被動(dòng)局面。

（三）與硅基材料和技術(shù)融合，支撐信息科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新突破

隨著信息技術(shù)向推動(dòng)人類社會(huì)在健康、環(huán)境、安全、新價(jià)值深入發(fā)展的新技術(shù)范疇發(fā)展，傳統(tǒng)CMOS技術(shù)不能滿足所有信息系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界的各種不同需求，例如無(wú)線電頻率和移動(dòng)電話，高壓開(kāi)關(guān)與模擬電路非數(shù)字的功能，以及汽車電子照明和電池充電器、傳感器和執(zhí)行器和至關(guān)重要的控制汽車運(yùn)動(dòng)的安全系統(tǒng)電路，這些新的電子應(yīng)用領(lǐng)域需要發(fā)展新型功能器件與異質(zhì)融合技術(shù)。化合物半導(dǎo)體在功率、頻率、光電集成、信息傳感、量子新器件等方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)，而硅基材料和集成電路在信號(hào)處理與計(jì)算、功能集成等領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，同時(shí)在性價(jià)比、工藝成熟度等方面具有化合物不可比擬的優(yōu)勢(shì)，將兩者的優(yōu)勢(shì)有效結(jié)合，是化合物半導(dǎo)體發(fā)展的必然趨勢(shì)。

將以GaAs和InP為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體、以GaN和SiC為代表的第三代半導(dǎo)體與硅基材料集成是目前發(fā)展的重點(diǎn)。Si基GaAs、InP將在光電集成和量子集成等方面呈現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，美國(guó)先后投資5.4億美金開(kāi)展CosMOS、硅基光電單片集成、光互連等計(jì)劃，重點(diǎn)支持硅基InP材料和集成技術(shù)研究，通過(guò)將InP材料的高頻和光電特性與硅基集成電路結(jié)合發(fā)展超高頻數(shù)模電路、光電單片系統(tǒng)和超級(jí)計(jì)算機(jī)用多核處理器等。其中，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局投資1820萬(wàn)美元（約合1.2億人民幣）開(kāi)發(fā)大尺寸硅基III-V族化合物半導(dǎo)體材料技術(shù)（COSMOS項(xiàng)目），已在高性能數(shù)模集成電路和單片系統(tǒng)集成的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。Si基GaN材料和器件是目前研究另一大熱點(diǎn)，其目的是將GaN的擊穿電壓大、功率高的優(yōu)勢(shì)與硅集成電路成熟廉價(jià)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，為電力電子、功率傳輸、高亮度發(fā)光等方面技術(shù)發(fā)展和普及應(yīng)用提供技術(shù)支撐。2011年5月，歐洲研究機(jī)構(gòu)IMEC與其合作伙伴最近成功在200mm規(guī)格硅襯底上制造出了高質(zhì)量的GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)層，并正合作研究基于氮化鎵材料的HEMT晶體管技術(shù)，這標(biāo)志著在將功率器件引入200mm規(guī)格芯片廠進(jìn)行高效率生產(chǎn)方面取得了里程碑式的成就。由此可見(jiàn)，與硅基材料和技術(shù)融合將是未來(lái)信息科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新突破的基礎(chǔ)與支撐之一。

（四）SiC電力電子器件異軍突起，引領(lǐng)綠色微電子發(fā)展

多年來(lái)，由于SiC材料和器件的制備工藝難度大、成品率低，因而價(jià)格較高，影響其向民用市場(chǎng)的推廣應(yīng)用。在單晶方面，國(guó)際上一直致力于SiC襯底晶片的擴(kuò)徑工作，主要原因是使用大直徑SiC襯底（如6英寸襯底）不但可提高生產(chǎn)效率，而且也有助于減少器件的制造成本。

自2007年至今，市場(chǎng)上的商用SiC襯底片從50mm發(fā)展到150mm，SiC襯底的直徑越來(lái)越大，并且位錯(cuò)、微管等缺陷的密度越來(lái)越低，從而使SiC器件的成品率提高、成本降低，生產(chǎn)SiC產(chǎn)品的廠商越來(lái)越多，更多的領(lǐng)域開(kāi)始使用SiC器件。法國(guó)市場(chǎng)調(diào)研公司YoleDevelopment提供的數(shù)據(jù)表明從2005年至2009年SiC器件市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率為27%，從2010年至2015年的年增長(zhǎng)率將為60%~70%。我國(guó)天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體公司進(jìn)入SiC襯底市場(chǎng)后，迅速降低了國(guó)際上SiC襯底的價(jià)格，從而推動(dòng)SiC器件的更快普及。

隨著SiC襯底尺寸的加大、工藝技術(shù)水平的不斷提高，節(jié)能技術(shù)快速發(fā)展的需求，SiC電力電子器件的發(fā)展十分迅速，在SiC功率器件研究方面，除了SiCSBD系列化產(chǎn)品外，SiCMOSFET性能和可靠性進(jìn)一步完善，SiC功率器件向高速、高壓、高功率方向發(fā)展，包括：SiCBJT器件、高壓SiCPiN器件，以及SiCIGBT器件。SiC器件從實(shí)驗(yàn)室向商業(yè)化制造和工程化應(yīng)用方向快速發(fā)展，國(guó)際廠商紛紛進(jìn)入SiC器件制造領(lǐng)域。Cree公司的SiCSBD的開(kāi)關(guān)頻率從150kHz提高到500kHz，開(kāi)關(guān)損耗極小，適用于頻率極高的電源產(chǎn)品，如電信部門(mén)的高檔PC及服務(wù)器電源；開(kāi)發(fā)10kV/50A的PiN二極管和10kV的SiCMOSFET的市場(chǎng)目標(biāo)是10kV與110A的模塊，可用于海軍艦艇的電氣設(shè)備、效率更高和切換更快的電網(wǎng)系統(tǒng)，以及電力設(shè)備的變換器件，其SiCMOSFET更關(guān)注于混合燃料電動(dòng)車輛的電源與太陽(yáng)能模塊。此外，日本半導(dǎo)體廠商也陸續(xù)投入SiCIC量產(chǎn)，F(xiàn)ujiElectricHoldings評(píng)估在子公司松本工廠生產(chǎn)SiC半導(dǎo)體器件，該公司預(yù)計(jì)2011年度開(kāi)始量產(chǎn)；三菱電機(jī)預(yù)計(jì)2011年度在福岡制作所設(shè)置采用4寸晶圓之試產(chǎn)線，投入量產(chǎn)，產(chǎn)能為每月3千片。Toshiba則以2013年正式投產(chǎn)為目標(biāo)，在川崎市的研發(fā)基地導(dǎo)入試產(chǎn)線，將運(yùn)用于自家生產(chǎn)的鐵路相關(guān)設(shè)備上。

SiC功率器件商業(yè)化應(yīng)用提速，國(guó)際SiC器件廠商不斷完善SiC功率器件系列，SiC功率器件走向?qū)嵱没Ｈ怆姍C(jī)2010年實(shí)現(xiàn)首次將SiC肖特基勢(shì)壘二極管配置在空調(diào)上，使SiC二極管實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化，同時(shí)，三菱還積極推動(dòng)二極管與晶體管都采用SiC功率器件的功率模塊的“全SiC”化。從中期來(lái)看，SiC功率器件將向汽車和鐵路機(jī)車領(lǐng)域擴(kuò)展。SiC功率器件將出現(xiàn)在混合動(dòng)力車及電動(dòng)汽車等電動(dòng)車輛的主馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用逆變器中；而且，SiC功率器件在鐵路機(jī)車應(yīng)用中的時(shí)間有可能早于在汽車中的應(yīng)用。

SiC器件的發(fā)展帶動(dòng)功率模塊的快速發(fā)展，部分SiC器件廠商計(jì)劃將SiC功率器件以模塊形式銷售，面向空調(diào)、功率調(diào)節(jié)器銷售SiC模塊的通用產(chǎn)品，面向電動(dòng)車輛及鐵路車輛銷售定制產(chǎn)品。另外，電動(dòng)車輛用途方面，除了SiC模塊之外，還有可能提供包括馬達(dá)在內(nèi)的綜合系統(tǒng)。

采用碳化硅等新型寬禁帶半導(dǎo)體材料制成的功率器件，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)“理想器件”的追求，將是下個(gè)世紀(jì)電力電子器件發(fā)展的主要趨勢(shì)。

四、體會(huì)與期望

當(dāng)前我國(guó)已初步解決Ku波段以下的化合物半導(dǎo)體器件和電路的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，但GaAs電路芯片由多家美、日、德等國(guó)的大公司（例如：Vitesse、Anadigics、Siemens、Triquint、Motorola、Alpha、HP、Oki、NTT等公司）供應(yīng)。在InP、寬禁帶化合物半導(dǎo)體（GaN、SiC）方面，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)有了重要的突破，形成以中電集團(tuán)、中科院和高校為核心三支隊(duì)伍。重要的是我國(guó)目前移動(dòng)電話用戶總數(shù)已經(jīng)突破7億，互聯(lián)網(wǎng)用戶超過(guò)3億，數(shù)字有線電視用戶將突破1億，信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的大發(fā)展必將給光通信產(chǎn)品制造業(yè)帶來(lái)巨大的市場(chǎng)需求，迫切希望有價(jià)格便宜的國(guó)產(chǎn)相關(guān)元器件，以降低成本、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)各類與移動(dòng)、光纖和高速電路有關(guān)的芯片需求約達(dá)到3億塊以上，估計(jì)每年產(chǎn)值可達(dá)數(shù)億元至幾十億元。完全有理由相信，我國(guó)的化合物半導(dǎo)體電子器件定會(huì)高速發(fā)展。