在Intel、IBM等國際著名半導體公司的大力推動下，高遷移率III-VMOS器件的研究取得了一系列突破性進展：（1）與同等技術水平的硅基NMOS技術相比，高遷移率III-VNMOS技術具有顯著的速度優勢（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（動態功耗降低一個數量級）；（2）與新興的分子、量子器件相比（例如有機分子器件、碳基納米器件），III-V族化合物半導體材料已廣泛應用于微波電子與光電子器件領域，人們對其材料屬性與器件物理的了解十分深入，其制造技術與主流硅工藝的兼容性好；（3）III-V族化合物半導體是光發射與接收的理想材料，這將為極大規模集成電路（ULSI）中光互連技術以及集成光電子系統的發展帶來新的契機。

鑒于高遷移率CMOS技術的重大應用前景，采用高遷移率III-V族半導體材料替代應變硅溝道實現高性能CMOS的研究已經發展成為近期微電子領域的研究重點，2009年至2011年的國際電子器件會議（IEDM）每年有超過10篇高遷移率III-VMOS器件的研究論文。近年來，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Intel公司的預計，高遷移率III-VMOS技術將在2015年左右開始應用于11納米CMOS技術節點。

目前，在世界范圍內尚處于起步階段的高遷移率CMOS技術的研究現狀，為我國在“后22納米”CMOS領域的研究提供了自主創新的新機遇。如果我們能夠抓住機遇，在集成電路技術的前沿領域實現突破，這將打破我國微電子研究長期追趕國際前沿、無法取得核心技術的被動局面。

（三）與硅基材料和技術融合，支撐信息科學技術創新突破

隨著信息技術向推動人類社會在健康、環境、安全、新價值深入發展的新技術范疇發展，傳統CMOS技術不能滿足所有信息系統在現實世界的各種不同需求，例如無線電頻率和移動電話，高壓開關與模擬電路非數字的功能，以及汽車電子照明和電池充電器、傳感器和執行器和至關重要的控制汽車運動的安全系統電路，這些新的電子應用領域需要發展新型功能器件與異質融合技術。化合物半導體在功率、頻率、光電集成、信息傳感、量子新器件等方面具有巨大的優勢，而硅基材料和集成電路在信號處理與計算、功能集成等領域占據主導地位，同時在性價比、工藝成熟度等方面具有化合物不可比擬的優勢，將兩者的優勢有效結合，是化合物半導體發展的必然趨勢。

將以GaAs和InP為代表的III-V族化合物半導體、以GaN和SiC為代表的第三代半導體與硅基材料集成是目前發展的重點。Si基GaAs、InP將在光電集成和量子集成等方面呈現優勢，美國先后投資5.4億美金開展CosMOS、硅基光電單片集成、光互連等計劃，重點支持硅基InP材料和集成技術研究，通過將InP材料的高頻和光電特性與硅基集成電路結合發展超高頻數模電路、光電單片系統和超級計算機用多核處理器等。其中，美國國防部高級研究計劃局投資1820萬美元（約合1.2億人民幣）開發大尺寸硅基III-V族化合物半導體材料技術（COSMOS項目），已在高性能數模集成電路和單片系統集成的領域廣泛應用。Si基GaN材料和器件是目前研究另一大熱點，其目的是將GaN的擊穿電壓大、功率高的優勢與硅集成電路成熟廉價的優勢結合起來，為電力電子、功率傳輸、高亮度發光等方面技術發展和普及應用提供技術支撐。2011年5月，歐洲研究機構IMEC與其合作伙伴最近成功在200mm規格硅襯底上制造出了高質量的GaN/AlGaN異質結構層，并正合作研究基于氮化鎵材料的HEMT晶體管技術，這標志著在將功率器件引入200mm規格芯片廠進行高效率生產方面取得了里程碑式的成就。由此可見，與硅基材料和技術融合將是未來信息科學技術創新突破的基礎與支撐之一。

（四）SiC電力電子器件異軍突起，引領綠色微電子發展

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

自2007年至今，市場上的商用SiC襯底片從50mm發展到150mm，SiC襯底的直徑越來越大，并且位錯、微管等缺陷的密度越來越低，從而使SiC器件的成品率提高、成本降低，生產SiC產品的廠商越來越多，更多的領域開始使用SiC器件。法國市場調研公司YoleDevelopment提供的數據表明從2005年至2009年SiC器件市場的年增長率為27%，從2010年至2015年的年增長率將為60%~70%。我國天科合達藍光半導體公司進入SiC襯底市場后，迅速降低了國際上SiC襯底的價格，從而推動SiC器件的更快普及。

隨著SiC襯底尺寸的加大、工藝技術水平的不斷提高，節能技術快速發展的需求，SiC電力電子器件的發展十分迅速，在SiC功率器件研究方面，除了SiCSBD系列化產品外，SiCMOSFET性能和可靠性進一步完善，SiC功率器件向高速、高壓、高功率方向發展，包括：SiCBJT器件、高壓SiCPiN器件，以及SiCIGBT器件。SiC器件從實驗室向商業化制造和工程化應用方向快速發展，國際廠商紛紛進入SiC器件制造領域。Cree公司的SiCSBD的開關頻率從150kHz提高到500kHz，開關損耗極小，適用于頻率極高的電源產品，如電信部門的高檔PC及服務器電源；開發10kV/50A的PiN二極管和10kV的SiCMOSFET的市場目標是10kV與110A的模塊，可用于海軍艦艇的電氣設備、效率更高和切換更快的電網系統，以及電力設備的變換器件，其SiCMOSFET更關注于混合燃料電動車輛的電源與太陽能模塊。此外，日本半導體廠商也陸續投入SiCIC量產，FujiElectricHoldings評估在子公司松本工廠生產SiC半導體器件，該公司預計2011年度開始量產；三菱電機預計2011年度在福岡制作所設置采用4寸晶圓之試產線，投入量產，產能為每月3千片。Toshiba則以2013年正式投產為目標，在川崎市的研發基地導入試產線，將運用于自家生產的鐵路相關設備上。

SiC功率器件商業化應用提速，國際SiC器件廠商不斷完善SiC功率器件系列，SiC功率器件走向實用化。三菱電機2010年實現首次將SiC肖特基勢壘二極管配置在空調上，使SiC二極管實現了實用化，同時，三菱還積極推動二極管與晶體管都采用SiC功率器件的功率模塊的“全SiC”化。從中期來看，SiC功率器件將向汽車和鐵路機車領域擴展。SiC功率器件將出現在混合動力車及電動汽車等電動車輛的主馬達驅動用逆變器中；而且，SiC功率器件在鐵路機車應用中的時間有可能早于在汽車中的應用。

SiC器件的發展帶動功率模塊的快速發展，部分SiC器件廠商計劃將SiC功率器件以模塊形式銷售，面向空調、功率調節器銷售SiC模塊的通用產品，面向電動車輛及鐵路車輛銷售定制產品。另外，電動車輛用途方面，除了SiC模塊之外，還有可能提供包括馬達在內的綜合系統。

采用碳化硅等新型寬禁帶半導體材料制成的功率器件，實現人們對“理想器件”的追求，將是下個世紀電力電子器件發展的主要趨勢。

四、體會與期望

當前我國已初步解決Ku波段以下的化合物半導體器件和電路的國產化問題，但GaAs電路芯片由多家美、日、德等國的大公司（例如：Vitesse、Anadigics、Siemens、Triquint、Motorola、Alpha、HP、Oki、NTT等公司）供應。在InP、寬禁帶化合物半導體（GaN、SiC）方面，技術和產業化方面已經有了重要的突破，形成以中電集團、中科院和高校為核心三支隊伍。重要的是我國目前移動電話用戶總數已經突破7億，互聯網用戶超過3億，數字有線電視用戶將突破1億，信息網絡建設的大發展必將給光通信產品制造業帶來巨大的市場需求，迫切希望有價格便宜的國產相關元器件，以降低成本、增強競爭力。我國各類與移動、光纖和高速電路有關的芯片需求約達到3億塊以上，估計每年產值可達數億元至幾十億元。完全有理由相信，我國的化合物半導體電子器件定會高速發展。