精选中国在半导体领域十大尖端技术突破

尖端技术突破之一：SiC单晶衬底自主技术体系

中国已开发出了6英寸导电性SiC衬底和高纯半绝缘SiC衬底，山东天岳公司、北京天科合达公司和河北同光晶体公司分别与山东大学、中科院物理所和中科院半导体所进行技术合作与转化，在SiC单晶衬底技术上形成自主技术体系。

二、尖端技术突破之二：全球第一座“氮化镓芯片”生产基地

中国科技企业英诺赛科（苏州）半导体有限公司已经实现了技术突破，在可替代材料“硅基氮化镓”上已经完成了量产，已经建立了生产线，并且完成了对于8英寸硅基氮化镓晶圆的量产。据悉这是全球第一座“氮化镓芯片”生产基地。目前中企已经掌握了成熟的技术，一旦氮化镓被用于制造芯片，相比于硅基芯片功率将直接提升900倍。

尖端技术突破之三：碳纳米管材料——碳晶体管

中国科学院院士彭练矛和张志勇教授率碳基纳米管晶体研究团队在2020年5月26日，宣布突破了碳基半导体设备制造的瓶颈，制造出高纯半导体阵列的碳纳米管材料——碳晶体管，在全球范围内率先实现碳基芯片制造技术的突破。碳基芯片再一次成为全球热点。碳基芯片在很多方面确实有叫板硅基芯片实力。值得一提的是，与硅基芯片相比，碳基芯片具有成本更低、功耗更小、效率更高的显著优势。据相关报道显示，与传统硅基芯片相比，中国碳基芯片在处理大数据时不仅速度更快，而且至少可节约30%的功耗。

北京元芯碳基集成电路研究院的研发团队近日成功攻破碳基半导体材料制备的难题。众所周知，制造高效能芯片离不开半导体材料，世界上许多国家制造半导体一般都会用硅作为原材料，而如今我国成功攻破碳基半导体制备技术，这意味着我国将拥有自主生产芯片的能力。而且与硅基半导体相比，碳基半导体造价低、效能高、功耗较小，更加适合推广到更多的领域。

尖端技术突破之四：“中国芯”麒麟970

华为之前的“中国芯”麒麟970，之中国芯让全球开始刮目相看，中国科技巨头华为在100平方毫米的指甲盖大小的芯片里，安装了55亿颗晶体管。而美国苹果最强的也只有33亿颗，科技巨头高通31亿颗！它还搭载了全球首款准5G基带，支持LTE Cat.18，重要的是华为已经在18实现了量产。值得一提的是，这款芯片无论是参数，还是工艺都已超越了世界上任何一款手机芯片，重要的还是中国的自主研发！

尖端技术突破之五：22纳米关键工艺技术

中评社香港7月9日电／中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心之前通过4年的艰苦攻关，在22纳米关键工艺技术先导研究与平台建设上，实现了重要突破，在国内首次采用后高K工艺成功研制出包含先进高K／金属栅模块的22纳米栅长MOSFETs，器件性能良好。据《中国科学报》报道，由于这一工作采用了与工业生产一致的工艺方法和流程，具备向产业界转移的条件，因而对我国集成电路产业的技术升级形成了具有实际意义的推动作用。同时，该先导工艺研发中心建成了一个能够开展22纳米及以下技术代研发的工艺平台。尽管是22纳米技术，但在当时的情况下已标志着中国加入了高端集成电路先导工艺研发的国际俱乐部，其意义十分重大。

尖端技术突破之六：8英寸高功率芯片生产线

中国山东第一个8英寸高功率芯片生产项目，正式完成全线设备调试，并在济南比亚迪半导体有限公司顺利通线。这条芯片生产线已实现100%国产，值得一提的是，这条8英寸高功率芯片生产线意义重大，其不仅拥有完全独立的自主知识产权，而且相关技术还达到了国际先进水平。重要的是，济南比亚迪半导体有限公司还可以针对不同的产品设计，匹配对应的制造工艺。除此之外，这条生产线的国产化，还将有效缓解当前新能源汽车产业芯片供应持续紧张的状况。

济南比亚迪半导体有限公司，便是比亚迪与济南高新财金和济南产发集团共同出资成立的一家，用于补齐芯片产业应用短板的“平台”。

在各方的努力下，8英寸高功率半导体芯片生产线的100%自主化，终于在很大程度上打破了国内汽车功率半导体器件受制于人的困局。

同时也加快了中国核心功率芯片国产化的进程，推动新能源汽车产业走向正轨。值得一提的是，之前我国在中高端汽车芯片主流器件市场上，90%的器件都依赖进口。

尖端技术突破之七：石墨烯储能材料关键应用技术

中国的兰州大学联合方大炭素研发的“石墨烯交联活性炭复合膜、制备方法及超级电容器电极”，之前正式获国家知识产权局发明专利授权。这标志着中国石墨烯储能材料应用技术取得重要的突破。

众所周知，石墨烯具有很强的导电性，是一种零距离的半导体，有非常好的光学性能和热传导功能，被业界誉为“新材料之王”。虽然石墨烯广泛存在于自然界，但由于石墨烯分离和应用方面存在诸多技术性难题，导致石墨烯新材料在批量化生产运用方面存在较多技术障碍。

兰州大学方大炭素石墨烯研究院的科研人员首次在改性活性炭中引入石墨烯，突破了石墨烯规模化量产的关键技术，成功生产出导电性能优异、结构稳定性高的石墨烯新材料，解决了传统活性炭电极材料导电性差的问题，且有望生产出储能容量更高的超级电容器。据检测数据，采用该石墨烯复合材料生产的超级电容器，将比商用活性炭材料的储能容量高出50%，在风能、光伏发电等清洁能源存储，以及轨道交通、移动通信基站等大功率设备的长时间供应能源方面展现出广阔的应用前景。

尖端技术突破之八：有机半导体及柔性电子关键技术

中科院的研究人员们研发有机半导体及柔性电子技术。此项技术将提出一个新的概念，将对称分子格子化以及聚格子化，无疑这是中国在半导体材料这一项上取得了重大的突破，尤其是对于未来芯片的发展是至关重要的一项进步。而这项半导体技术的突破，也将给未来我们芯片的发展带来福音，或是在未来引起芯片的革命。对于中国而言，我们应该有信心，相信中国科学家未来能够制造出强大的芯片，获得世界的认可，值得一提的是，这次的关键材料突破也只是一个起点，更让美国的封锁又少一个。

有机半导体及柔性电子技术，是承载未来信息产业与智能制造极具潜力的载体，是芯片制造的关键材料。此前，不论是柔性电子技术、有机半导体，还是芯片，中国在这些方面由于长期受到国外的技术封锁。有机纳米聚合物半导体的出现将为塑料电子提供新的方案，同时也为中国芯片的发展提供新的方向，使中国在半导体材料上不用再受国外限制，打破西方国家曾经对中国的封锁。

尖端技术突破之九：碲锌镉单晶棒及晶片关键技术

中国安徽承禹半导体材料科技有限公司之前获得中国科学院半导体研究所关于第三代前沿半导体材料碲锌镉单晶棒及晶片的检测检验报告。其结论和数据显示，承禹新材制造的碲锌镉单晶棒及晶片，在红外透过率等综合参数性能、产品良率、晶棒及晶片尺寸规格、尤其是3英寸的全单晶圆片等几项关键指标方面，均处于国内同行业中遥遥领先、名列前茅的位阶，部分指标追平甚至领先国际技术水平。

值得一提的是，中国科学院半导体研究所是中国国务院直属事业单位，是集半导体物理、材料、器件及其应用于一体的半导体科学技术的综合性研究机构，在国内具有很高的权威性，被称为“引领我国半导体科学技术发展的火车头”。

碲锌镉，英文名称cadmium zinc telluride，简写为CZT。自然界中并不现存有该物质，它是人工用碲、锌及镉三种单质（包含其它微量添加物质）化合生长而成单晶体，是属于第三代前沿战略性的半导体材料，是当前国际国内制造室温中红外探测、X射线探测、γ射线探测、核辐射及高能射线等探测器最为先进、优异的材料。

碲锌镉半导体材料在军事用途上，主要是大幅提升武备的红外探测性能及其成像清晰度，而当前国际上武备九成以上均是以红外探测方式搜寻和发现目标的。该材料在军事及民用领域具有上诸多述革新、颠覆性的功能与性能，国际上少数几个能生产制造的先进国家都将其列为战略性、管制性的产品，尤其对我国进行技术与产品的双封锁。

尖端技术突破之十：首台商用12英寸全自动晶圆探针台

中科院长春光机所旗下长春光华微电子设备工程中心有限公司（光华微电子）之前宣布研制成功国内首台商用12英寸全自动晶圆探针台。在12寸全自动晶圆探头上获得了突破。成为我国的第1台实现商用的该类型设备，意味着我国芯片封测环节设备国产化又得到了大幅提高。

晶圆探针台产品，是半导体行业重要的检测装备之一，用于晶圆加工之后、封装工艺之前的晶圆测试环节，负责晶圆的输送与定位，使晶圆上的晶粒依次与探针接触并逐个测试。经过检测，探针台将参数特性不符合要求的芯片记录下来，在进入后序工序前予以剔除，从而大幅度降低器件的制造成本。 　值得一提的是，中国的光华微电子于2015年正式立项开展12英寸全自动探针台产品研发，先后突破了全自动上料机械手的设计、大行程微米级XY移动平台精密定位控制技术、高刚度高稳定性探针接触Z向移动平台精密控制技术、基于图像识别的晶圆和探针精密测量和对准技术、大数据量的信息处理和计算机控制技术、高平面度和高热稳定性的晶圆承载盘技术等六项关键技术。

国产芯片大阅兵，中国各领域实力几何？

在全球经济和政治交互影响的情况下，如今，芯片已经不再仅仅是一个经济问题或市场问题，越来越多的国家已经把芯片当做一个战略问题。半导体是这两年国家重点发展的行业，在国家大力支持半导体产业发展的环境下，中国半导体产业正处于百年未有之大变局。对于中国的一众半导体企业而言，这既是机遇也是挑战。

在半导体的一些细分领域，中国已有佼佼者荣登世界TOP榜单。正值国庆，半导体行业观察将半导体各细分领域的厂商佼佼者们排名统计如下，一个又一个的领域突破，离不开半导体从业者们的艰苦卓绝的精神和解决“卡脖子”的责任心。谨以此文，献给那些默默为中国半导体行业添砖加瓦的半导体从业者们，同时也让广大读者能够对我国半导体发展有一些系统的认识。

中国半导体产业发展现状

2021年是中国“十四五”开局之年，在国内宏观经济运行良好的驱动下，国内集成电路产业接续保持快速、平稳的增长。据中国半导体行业协会统计，2021年中国集成电路产业首次突破万亿元，销售额达到10458.3亿元，同比增长18.2%。其中设计业销售额达到4519亿元，同比增长19.6%；制造业销售额为3176亿元，同比增长24.1%；封测行业销售额达到2763亿元，同比增长10.1%。

根据中国国家统计局发布的数据，2021年中国半导体集成电路（IC）产量将达到3594亿片，比上年增长33.3%，这一增长率是去年16.2%的两倍多。美国半导体行业协会（SIA）预测，中国企业在全球半导体市场的份额将从2020年的9%增长到2024年的17.4%，这意味着中国将成为仅次于美国和韩国的全球第三大半导体生产国。中国集成电路是世界上少有的具有设计、制造、封测、装备和材料五大板块齐整的产业。当前中国已经形成了比较完整的产业链，拥有质量不断提升的庞大企业群体。

中国半导体产业的快速发展很大程度上得益于长效的半导体投资机制，一方面国家大基金一期、二期投入3400多亿元，扶持了许多“成长型”企业发展成为行业佼佼者，涵盖了集成电路的多个产业链；另一方面，科创板的开闸，利用市场这个新资源为广大企业的增长提供了资金的支持，据SEMI的统计，截止2022年6月23日，科创板已上市的半导体企业的66家，占科创板总上市数量的15.4%。

但在取得成绩的同时，集成电路产业仍面临产业基础薄弱、高端芯片供给不足等问题。而且从全球范围的角度来看，企业体量仍然比较小，企业的创新能力仍然受到规模、盈利能力等限制，实际还非常弱小，但在部分细分领域很多企业都已经进入了比较靠前的位置。

全球专属晶圆代工厂商TOP10

中国最佳

集成电路晶圆代工是集成电路制造企业的一种经营模式，其具备高度的技术密集、人才密集和资金密集的行业特点。晶圆代工的研发过程涉及材料学、化学、半导体物理、光学、微电子、量子力学等诸多学科。

根据总部所在地划分，前十大专属晶圆代工公司中，中国大陆有两家（中芯国际SMIC、华虹集团HuaHong），且占据了第四和第五的位置，2021年整体市占率为9.51%，较2020年增加0.64个百分点；中国台湾有五家（台积电TSMC、联电UMC、力积电Powerchip、世界先进VIS、稳懋WIN），整体市占率为75%，较2020年的76.7%减少1.7个百分点。

全球TOP 30先进封装企业

中国占据大半壁江山

Yole根据2021年封装业务的厂商市场营收作了排名，列出了前30的先进封装企业。在前30家OSAT厂商中有13家是台湾的，6家是中国大陆的。先进封装作为后摩尔时代的一项必然选择，对于芯片提升整体性能至关重要。而提前在这个领域卡位的中国封装企业将会享受更大的红利。

图源：Yole

具体来看，中国台湾厂商中，日月光排名第1，Amkor第2,力成科技（powertech）第6，京元电子第10，芯茂科技（ChipMOS）第11，欣邦科技（Chipbond）第12，超丰电子（Greatek）第13，矽格股份（Sigurd）第14，华泰电子（Orient）第15，同欣电子第19，欣铨（Ardentec）第20，福懋科技（FATC）第25，华东科技（Walton）第30。

大陆厂商中，长电科技第3，通富微电第7，天水华天第8，沛顿科技第22，华润微第28，甬矽电子第29。在Yole的榜单上前30之外，还有颀中科技（Chipmore）和晶方半导体。

CMOS图像传感器全球TOP10

中国有3家

自从在手机中加入摄像功能以来，CMOS图像传感器取得了巨大的商业成功。CMOS图像传感器（CIS）是一种电子芯片，可将光子转换为电子以进行数字处理，是可以充当为“电子眼”的半导体器件。CMOS 传感器属于典型的可以进行大规模批量生产的半导体产业，规模效应明显，需要较大的前期投入才能产出结果，这也导致了这一行业强者恒强，排在前三位。

据Yole的数据，2021年CIS玩家的市占率分别是索尼39%，三星22%、豪威科技13%（中国）和意法半导体6%，格科微（中国）和安森美占4%，韩国的SK Hynix市场份额为3%。思特威（中国）为2%。日本佳能和美国国防集团 Teledyne、滨松和松下各占1%。

2021年CIS玩家的市场份额（图源：Yole）

MEMS全球TOP30

中国有4家

MEMS作为基于集成电路技术演化而来的新兴子行业，这几年发展迅速。MEMS是微电路和微机械按功能要求在芯片上的一种集成，基于光刻、腐蚀等传统半导体技术，融入超精密机械加工，并结合力学、化学、光学等学科知识和技术基础，使得一个毫米或微米级的MEMS具备精确而完整的机械、化学、光学等特性结构。

在MEMS这个领域，中国靠麦克风市场（楼氏、歌尔微、瑞声科技）和代工市场（赛微电子、台积电）占据一定的地位。根据知名研究机构Yole发布的2021年全球MEMS厂商的排名（按照营收情况），歌尔微第5名，楼氏电子第10名，瑞声科技第20名，赛威电子第25名（纯代工厂商第1名），台积电第30名（纯代工厂属性第3名）。

2021年MEMS供应商收入排名（百万美元）

（来源：Yole）

注：台积电和X-FAB为综合型代工厂，Yole仅统计的是MEMS业务

半导体设备全球TOP20

中国有2家

国内半导体设备业这几年的发展蒸蒸日上，半导体设备国产替代的黄金浪潮开启。从国内半导体设备的整体类别而言，国产设备基本可以覆盖到半导体制造的各阶段所需，尤其在刻蚀、清洗、薄膜等设备方面表现突出。在前20家全球半导体设备企业中，中国大陆和香港各一家入围，分别是ASMPT和北方华创。

而如果单看国内半导体设备企业的情况，根据CINNO Research统计发布的2021年国内上市公司半导体设备业务营收排名Top10，如下图所示。2021年半导体设备龙头企业北方华创半导体设备营收71.2亿元，同比增长71%；半导体刻蚀设备和沉积设备供应商中微公司营收31.1亿元，同比增长37%；清洗设备供应商盛美半导体业务营收15.5亿元，同比增长59%；半导体测试设备厂商长川科技营收15.1亿元，同比增长88%；封装设备供应商新益昌固晶机业务营收9.1亿元，同比增长71%；半导体测试设备厂商华峰测控营收8.8亿元，同比增长121%；半导体晶圆制造中的湿制程设备供应商芯源微2021年营收8.3亿元，同比增长152%；主营化学机械抛光设备的华海清科2021年营收8.0亿元，同比增长109%；半导体薄膜沉积设备供应商拓荆科技2021年营收7.6亿元，同比增长74%；清洗设备供应商至纯科技2021年半导体设备业务营收7.0亿元，同比增长222%。

2021年国内上市公司半导体设备业务营收排名Top10（图自：CINNO Research）

功率半导体厂商全球TOP10

中国上榜1家

功率半导体主要用于电力设备的电能变换和电路控制，是进行电能处理的核心器件，弱电控制与强电运行间的桥梁，细分产品主要有 MOSFET、IGBT、BJT 等。其中，IGBT是目前发展最快的功率半导体器件之一。不过近年来，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等材料为代表的化合物半导体因其宽禁带、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等优异的性能而饱受关注。

根据Omdia的数据统计，在全球TOP10的企业中，安世半导体排名第八。安世半导体曾为荷兰企业，于2019年被闻泰科技收购，2021年7月，安世半导体完成了对英国 Newport Wafer Fab的100%收购。安世半导体是全球分立器件IDM龙头厂商之一，在中国功率分立器件公司中排名第一，其产品线中二极管晶体管产品居于全球排名第一，标准逻辑器件产品居于全球排名第二，小型号MOSFET居于全球排名第二，车规MOSFET全球市场排名第二，更是仅次于英飞凌。

图片来源：Omdia

除了安世半导体外，我国IDM厂商中有功率半导体营收规模最大的华润微电子，以及在IGBT领域排名领先的比亚迪半导体和斯达半导体等。

全球半导体IP供应商TOP10

中国上榜1家

半导体IP是指集成电路（IC芯片）、逻辑或单元布局设计的可重复使用单元。根据不同的设计IP，半导体IP市场可分为处理器IP、接口IP、内存IP以及其他IP（模拟到数字IP和数字到模拟IP）。如今IP已成为集成电路设计与开发中不可或缺的核心要素。

根据IPnest在2022年的统计，从半导体IP销售收入角度，芯原是2021年中国大陆排名第一、全球排名第七的半导体IP授权服务提供商，在全球排名前七的企业中，芯原的IP种类排名前二。2020 年和 2021 年，芯原的知识产权授权使用费收入均排名全球第四。

结语

上述只是我国半导体产业的“冰山一角”，处于半导体的黄金发展时期，会有越来越多的中国半导体企业在各自奋斗领域市场中做到出类拔萃。集成电路产业的发展不会一蹴而就，这是一场马拉松，半导体国产化需求将是推动中国半导体行业增长的一个结构性机遇，国内庞大的需求市场及科创板的估值红利有望推动国产半导体企业做出更多的贡献。

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