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政策加持+芯片短缺,碳基材料实现弯道超车,行业处于爆发前夜

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政策加持+芯片短缺,碳基材料实现弯道超车,行业处于爆发前夜

发布日期:2021-09-08 作者:网络 点击:

8月24日早晨,媒体报道,工信部在答复政协提案中表示,工信部将进一步强化产业政策引导,将碳基材料纳入“十四五”原材料工业相关发展规划,并将碳化硅复合材料、碳基复合材料等纳入“十四五”产业科技创新相关发展规划,以全面突破关键核心技术,攻克“卡脖子”品种,提高碳基新材料等产品质量,推进产业基础高级化、产业链现代化。


碳化硅是第三代半导体材料之一,其介电击穿强度大约是硅的10倍,主要用于生产功率半导体器件,适用于高温、高压、高功率的场景。


碳基复合材料包括碳纳米管、碳纤维、石墨烯等,具有较多优异的力学、电学和化学性能,未来主要应用于国防科技、卫星导航、气象监测、人工智能、医疗器械等领域。


当前,我国正处于加快产业升级转型期,同时面临着美国强势的科技封锁。在以半导体为代表的传统高端产业方面,我国起步较晚,面临阻碍较大。


而碳化硅、碳基复合材料是当今科技界的新兴领域,尚处于行业起步阶段,国内外发展差距较小,有望成为我国科技产业弯道超车的重要赛道,因此受到国家高度重视。


其实,近年来国家高度重视颠覆性技术发展,十四五规划草案及国家多次会议、文件提及碳化硅等产业。


3月5日,2021年全国两会审查了十四五规划草案(《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要(草案)》),草案明确提出,要加强科技前沿领域攻关,并重点提及碳化硅等细分领域。


今年以来,颠覆式技术在各个重要场合被频繁提及,尤其是科技部面向全社会开展颠覆性技术研发方向的征集工作,表明我国不仅高度重视颠覆式技术的研发,同时也正在将颠覆式技术的研发工作落到实处。


截至目前,对于哪些技术将成为颠覆性技术,尚无确切答案,国家、学界和业界也在征集和探讨颠覆性技术的研发方向。从现有的讨论来看,颠覆性技术可能会出现在计算机、物联网、能源、新材料、航空航天、生命科学等关键领域。其中,石墨烯制造和第三代半导体是新材料领域的重要分支。


碳基材料核心分支


1、碳化硅:第三代半导体材料之一,国内外厂商差距有限,国内厂商有望借助国家政策推动实现弯道超车。


在第一、第二代半导体材料领域,我国起步较晚,与国外差距较大。而在碳化硅等第三代半导体材料领域,国内厂商起步与国外厂商差距较小,且渗透率较低,国产替代空间巨大,在“十四五”等国家政策的密集推动下,国内厂商有望实现技术弯道超车。


今年3月两会期间,全国政协委员提出,第三代半导体是国家2030规划和“十四五”国家研发计划确定的重要发展方向,是我国半导体产业弯道超车的机会,要重点扶持、协同攻关第三代半导体产业,可以在国内重点扶植3-5家企业,加大整个产业链条的合作力度。


此外,北京顺义、山东济南和深圳坪山均出台了相关政策,被划分为重点发展第三代半导体产业区域,是目前我国第三代半导体产业发展较为显著的三大集聚区。


2、石墨烯被誉为“新材料之王”,行业正处于爆发前夜,未来十年复合增速超过20%。


石墨烯被誉为“新材料之王”,具有优秀的力学特性和超强导电性导热性等特性,下游覆盖散热材料、新能源电池、柔性显示和复合材料等热门领域,并在未来有望完成对传统电容、锂电池材料的全面替代,行业正处于技术突破需求爆发的前夜。


目前,国内外石墨烯市场正处于起步阶段,产品尚未成熟,但市场增速快。石墨烯产业链上游的原料为石墨,中国是石墨生产国;产业链中游主要为石墨烯的制备,其中氧化还原法常用来制备石墨烯粉体,化学气相沉积法常用来制备大尺寸的石墨烯薄膜。


下游需求方面,国内新能源领域占据四分之三的需求,包括新能源超级电容与锂电池导电剂,随着新能源汽车加速渗透,行业将迎来高增速。2020年,全球石墨烯导电剂市场规模20亿美元,年复合增长率约64%,石墨烯超级电容市场2021年底预计达到0.84亿美元,到2030年有望达到6.1亿美元,年复合增速超过20%。


半导体产业是目前高端的科技产业。各种资本,科技力量都集中在里面;各种技术路线都有人在实验。能开花结果形成产业化的也许只有一两条。碳基半导体属于新产业,从事碳基半导体研究的人才寥寥无几。


我国在碳基半导体行业有二十几年的研发基础。在碳纳米非半导体材料的应用上率先实现产业化,突破了原来的昂贵的制备方法 ,把比黄金还贵的产品变到能普及的水平的。


而在碳基半导体芯片的研究上,不久前,北大张志勇-彭练矛课题组刚刚突破了半导体碳纳米管关键的材料瓶颈,解决了纯度、面积和密度顺排等长期无法攻克的问题。使其制备出的器件和电路在真实电子学表现上首次超过了同精度的硅基芯片产品。相关成果发表在学术期刊《科学》(Science)上。这次在碳基半导体材料上取得的进展,至少可以保持两年的优势。


在碳基半导体制备材料上,虽然现在离碳基芯片的高精度和大规模工业化生产还有一定距离,不过迄今为止,研发团队还没有看到前进路上有不可克服的障碍。而且碳基集成电路生产兼容传统的硅基集成电路生产设备。鉴于碳纳米管的特性,在工艺流程上会更加简洁。需要的光刻机技术含量较低,我国现有的国产DUV光刻机就能满足要求,根本用不到高端的EUV光刻机,不存在被“卡脖子”的问题。


绕开了高端芯片的生产需要高精度EUV光刻机这个障碍,选择碳基芯片这条路,是很有可能帮助我国的半导体产业实现换道超车的。


文章来源: 研讯社,古今寻


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