主编序言

2020年，我们共同经历了新冠肺炎疫情的全球大流行，近200万人默默离世。尊重生命、尊重科学、团结抗疫成为国际共识。武汉封城、长江洪灾、澳大利亚山火、非洲蝗灾、纳戈尔诺-卡拉巴赫地区战火纷飞，这些都历历在目。可以说，2020年是灾难频发的一年；但这绝非全部。2020年，我们也见证了15个亚太国家签署RCEP区域自由贸易协定，提振了世界经济信心；SpaceX实现了首次商业载人航天飞行；嫦娥五号任务圆满成功。在世界经济遭受重创之际，中国成为唯一实现正增长的主要经济体。作为经济复苏的引擎，半导体行业在2020年也勇于承担责任并取得了丰硕成果：在5G元年，5nm 5G芯片强势推出，苹果发布了采用台积电5nm工艺的A14仿生芯片，集成了11.8亿个晶体管。此后，华为和三星也相继发布了麒麟9000系列和Exyon 1080。云端EDA的探索与应用，EDA软件厂商、IC设计公司和代工厂正在携手推进，能够适应EDA工具的使用需求，实现大规模的计算能力自动智能调度，并借助海量云资源提供弹性算力支持，直接提升芯片的研发周期和良率，降低芯片设计成本。3D先进封装技术稳步发展，突破了摩尔定律的瓶颈。它在集成度、性能、功耗等方面都具有明显的优势。三星今年宣布其新型 X-Cube3D 封装技术已准备就绪……当然，作为半导体领域的一颗冉冉升起的新星，第三代半导体和其他化合物半导体也备受关注，并展现出诸多亮点。请欣赏以下比利时半导体公司 Cissoid 的精彩展示！

    《化合物半导体》杂志独家专访西索德中国区总经理罗宁生博士          

罗宁生博士现任比利时Cissoid公司中国区总经理。此前，他曾任职于多家欧美半导体公司，从事半导体市场及业务管理工作，主要负责中国及亚太地区的市场和业务。这些公司包括美国的Synaptics（纳斯达克股票代码：SYNA）、Silicon Data、英国的PicoChip以及美国的Innovative Micro Technology。他于中国科学院上海技术物理研究所获得博士学位，之后多年在欧美从事材料物理研究，包括在德国哥廷根马克斯·普朗克流体动力学研究所从事固体表面物理研究，以及在美国路易斯维尔大学物理系从事半导体纳米材料研究。

问：2021年即将到来。面对新的一年，您如何看待化合物半导体行业的发展和变化？您对2020年有哪些总结和见解？答：继特斯拉之后，2020年比亚迪率先在中国正式推出搭载SiC MOSFET的电动汽车，各大电动汽车制造商也更加关注SiC在电动汽车中的应用。在车载电​​池、DC-DC转换器和充电桩方面，通常可以使用相对低端的SiC MOSFET，这样既能提高效率，又能减小体积和重量，同时还能保持相对较低的成本。而在电机驱动应用中，为了追求最高的效率和最低的热损耗，通常会使用高端SiC MOSFET（即内阻较小的器件）。在电动汽车电机领域，业界普遍认为，用SiC MOSFET替代传统的IGBT可以将整车的能源效率提升5-10%，这意味着在相同的电池组条件下，续航里程可以提升5-10%，这极具吸引力。2021年将是SiC在电动汽车领域应用爆发式增长的一年，因为今年的大规模短缺就是一个信号。此外，GaN近来发展迅猛，其主要应用领域是移动设备的快速充电器。由于GaN涉及消费电子产品，其需求量巨大，因此GaN的出货量很快就会比SiC器件高出几个数量级。

问：随着5G、新能源汽车、大数据、人工智能、物联网等技术领域的快速发展，化合物半导体将迎来诸多机遇。您认为化合物半导体面临哪些挑战和机遇？化合物半导体（如SiC和GaN）作为旨在取代传统硅器件的新型半导体器件，最大的挑战在于成本控制，这涉及到良率和生产规模的控制。只有不断提高良率并扩大生产规模，才能逐步降低成本，从而赢得市场的广泛应用。挑战也是机遇，也是各化合物半导体厂商争夺市场份额的制高点。

问：碳化硅（SiC）是一种具有巨大发展前景的材料，尤其是在电力电子和微波射频器件领域的应用，目前备受关注。贵公司如何看待碳化硅的市场发展？如何促进碳化硅材料的升级和发展？答：

随着碳化硅（SiC）功率半导体器件等第三代半导体技术的日趋成熟和普及，它们在早期阶段将直接取代硅（Si）器件的应用。然而，在后期阶段，它们将积极发挥自身性能优势，开拓众多全新应用领域，涉足此前硅器件无法企及的领域。例如，碳化硅固有的耐高温性能与Cissoid高温半导体器件完美契合，这将极大地改变电力系统设计格局，并为设计工程师提供广阔的创新空间。这些典型的未来高温高功率密度应用包括深度集成的电动汽车动力系统、多电动和全电动飞机乃至纯电动飞机、移动储能充电站和移动电源，以及各种液冷应用受限的电力应用。 

电动汽车的动力总成（电机、电控系统和变速箱）正朝着三合一的方向发展，但目前只是结构上的堆叠，集成度较低。从结构上看，未来动力总成的深度集成势在必行，因为这可以将体积、重量和内部能耗分别减少约三分之一，并将总成本降低2到4倍。然而，电控系统将与电机紧密集成，深度集成将大幅提高功率密度。高温是无法回避的最大挑战。

在传统飞机中，控制尾舵、机翼、起落架等的机械动作依赖于经典的液压传动。液压油作为一种液体，极易受环境影响，且维护成本高昂。目前，飞机正朝着部分或全部电气化发展，即多电飞机和全电飞机的概念​​。在飞机上使用电机代替液压回路来实现机械操作，具有可靠性高、可维护性强、便于冗余备份设计等优点。然而，最大的难题在于飞机上的电机和电子控制系统不允许采用水冷，只能依靠强制风冷和自然冷却。因此，要实现多电飞机、全电飞机乃至全电动飞机的电子控制设计，首先需要解决的主要技术难题是高温问题。 

此外，随着电动汽车的大规模普及，半移动式储能充电站和全移动电源的应用场景十分广泛，能够有效弥补固定充电在某些场景下的不足。然而，对于这类移动充电应用而言，水冷机制不仅会增加额外的重量和体积，更重要的是，它还会消耗自身储存的电能。因此，自然冷却对于电子控制系统而言是最佳方案，但必须妥善解决电子控制系统的热管理问题。

除了上述三种典型的高温应用之外，在许多液冷受到严重限制的特殊工业应用中，电子控制系统也将面临同样的高温挑战。高温电控技术是实现上述高温应用的关键。其核心实现技术是碳化硅功率器件的高温封装技术以及与之匹配的高温驱动电路技术。

碳化硅（SiC）材料及其器件结构具有固有的耐高温性能，即使在真空条件下也能承受400至600℃的高温。在实际应用中，为了防止暴露于空气中导致的氧化，SiC器件必须进行封装；如果想要承受高温，则必须使用耐高温封装。目前，150℃的结温是业界最高标准，175℃的结温水平也刚刚开始显现，已有准标准化的封装方案可供使用。而对于温度在200℃及以上的封装，对封装材料和工艺的要求非常严格，必须根据裸芯片的特性进行定制，以确保导热性和散热性能符合要求。

SiC功率器件和模块的应用离不开驱动电路及其对应的芯片。然而，大多数驱动电路芯片都是普通的硅器件，无法承受高温。即使能在175℃等高温下连续工作1,000小时，也已十分罕见。此外，耐高温性只是问题的一个方面，更严重的是器件在高温下的性能稳定性。普通硅器件在70℃以上性能会迅速下降，因此无法用于高温环境。经过20多年的创新研发和应用测试，Cissoid的SOI特殊硅器件实现了175℃的耐高温性能，并可连续工作15年。其性能在整个温度范围内都表现出优异的稳定性，是SiC高温应用的一大支柱。

问：请分享您对中国化合物半导体产业如何借鉴国际经验、加快产业发展的看法。答：虽然中国在化合物半导体领域起步较晚，落后于国外，但该领域非常适合中国快速发展。主要有三点原因。首先，化合物半导体的工艺基本在微米级，从材料到设备，国内拥有完整的产业链支持，不会因需要进口精细纳米级制造设备（尤其是光刻机）而受到严重限制。其次，化合物半导体的器件结构相对简单，不需要非常复杂的顶层EDA支持，这也避免了因需要进口而造成的严重限制。第三，中国拥有广阔的应用市场。因此，可以得出结论，化合物半导体将成为提升中国整体半导体产业的重要突破口之一。近年来，中国高度重视半导体制造业，投入巨资，数十家晶圆厂已建成、扩建或新建。尤其近来，业内一些人士呼吁将微电子系统加工作为一门独立的学科进行培养，这无疑是一个极好的现象。然而，纵观国内晶圆厂，它们都新建了厂房、添置了新设备，投入巨大。但最缺乏的却是工艺研发领域的人才，以及维护工艺方面的人才积累体系。传统的机械加工，例如车床、铣床和焊工，都拥有与福利补贴挂钩的多级技工体系，以此促进和维持行业发展。如此重要的微电子系统加工行业，理应拥有更加完善的人才培养体系。