《日经》诺奖得主天野浩:日本半导体的机会来了

台积电此前决定在日本建首座半导体工厂,要想让低迷的日本半导体产业重新复苏,日本能做的只有吸引实力雄厚的海外企业在国内建厂吗?日本运用此前在研发方面积累的经验,通过自力更生能实现什么样的目标?日本经济新闻(中文版:日经中文网)就此采访了2014年因开发出蓝色发光二极管(LED)而荣获诺贝尔物理学奖、目前从事半导体新材料开发工作的名古屋大学教授天野浩。

 

《日经》诺奖得主天野浩:日本半导体的机会来了

    天野浩

       记者:您获得诺贝尔奖至今已经8年。据悉使用与蓝色LED相同的材料“氮化镓(GaN)”有望开辟新的可能性。

 

       天野浩:一说起半导体材料,可能人们都会认为是硅材料。不过,硅材料有其适合的用途,也有不适合的,今后不适合的用途会越来越多。因为全球出现了碳中和(温室气体净零排放)的动向。这个领域备受关注的是化合物半导体。其中,氮气与镓结合生成的氮化镓将形成一个很大的市场。

 

       记者:硅和氮化镓有什么不同?

 

       天野:简单来说,硅具有在低电压、小电流条件下高效工作的性质。正因为这些原因,硅才以逻辑元件或存储器的形式用于个人电脑、智能手机的运算处理。

 

另一方面,今后高电压、大电流用途的需求将会扩大。包括纯电动汽车(EV)、手机基站、数据中心、可再生能源的蓄电和输配电系统。它们使用的电力供应半导体或者用来改变电压、频率的半导体,被称为功率器件,氮化镓适合用作这方面的材料。使用硅的话,电阻会导致很大的电耗,效率很差。

 

       记者:氮化镓已经投入使用了吗?

 

       天野:纯电动汽车大多还是使用硅类材料。原因有几个,主要原因是氮化镓难以量产。1990年代就开始了相关研究,花了很长时间才实现稳定生产出高品质的结晶。蓝光LED即便每平方厘米有1亿~10亿个“晶体缺陷”也能发光,但如果用于纯电动汽车的话,精度上需要将缺陷减少到1万个左右。

 

       记者:还需要很长时间才能实现量产吗?

 

       天野:从技术上来说,现在已经达到可以放心使用的程度。制造技术也没问题,剩下的课题就是找到商业化的承担者了。

 

       虽然长期共同开展研究工作的大型机电企业有很多,但商业化就是另外一回事了。量产需要数百亿~1000亿日元的投资,很难向前推进。还有一个原因是日本企业不像以前那样愿意冒险了。

 

《日经》诺奖得主天野浩:日本半导体的机会来了

       记者:日本政府以4000亿日元补贴吸引来了全球最大的半导体代工企业台积电(TSMC)。台积电半导体使用的是硅。

 

       天野:与硅相比,(氮化镓)应该投资少。要想开发有竞争力的纯电动汽车,使用氮化镓功率器件的也更容易实现差异化。电力损耗小并且器件本身也很小,因此可以实现系统整体的小型轻量化。大幅降低成本成为可能。

 

       记者:据悉中国大陆在关注化合物类的材料。

    

       天野:欧美也在做。日本拥有这些国家好几年都赶不上的技术经验。在材料领域日本有优势。在硅领域,日本与台湾、韩国及中国大陆的竞争激烈,今后难以反超。与其在后面追赶,不如在氮化镓新市场上领先。包括氮化镓在内,化合物类半导体的市场规模只有硅半导体的千分之一左右。但这也是千载难逢的好机会,如果日本国内企业能将其推广到全世界,那就太棒了。期待过去那种动物精神(Animal Spirits)。

 

       记者:您觉得纯电动汽车以外的市场会如何?

 

       天野:基站及数据中心的电源装置恐怕都会换成氮化镓。就拿数据中心来说,为了避免通信发生延迟,越来越多地设置在用户多的城市,这些地方大多不是寒冷地区,需要冷却装置。而使用氮化镓的话,即使没有空调也可以运行。比方说有一个硅创造出的经济圈,把它想成是用氮化镓来驱动,就容易理解了。不管是5G,还是‘Beyond 5G’,只要有氮化镓,就可以发挥能力。

 

       记者:拥有这么厉害的技术令人感到很惊讶,这也有可能促进日本恢复自信。

 

       天野:蓝光LED刚发明出来时,普及速度很慢。正在困扰之时,手机出现了。照明市场也扩大了。需求是跟社会活动相联系的。这次的机会是碳中和。在日本的能源结构中,火电占到75%。日本迫切需要转向可再生能源,到那时,整个国家需要的是什么材料?虽然日本的影响力一度下滑,但如果创造出新的东西,又会恢复活力。

 

       记者:很久以来一直有声音认为日本的研究能力劣化了。

 

       天野:劣化一词准不准确存在疑问。我觉得没必要悲观。从文部科学省统计的研究人员数量来看,大学、企业和公共机构的研究人员总数有所增加(2005~2007年平均与2015~2017年平均相比)。按照人口平均,也不逊色于其他国家。论文数量确实减少,但很可能是因为企业为了防止技术被剽窃而战略性地减少发表。大学论文数量仍跟以前保持一样。

 

       记者:您在著作中提出了“好的创新”一词,请您讲一下什么是好的创新?

 

       天野:从我成为研究人员那一刻起就在考虑这个问题。创新有“好的”和“坏的”,对社会有贡献的就是好的创新。让创新一直沉睡在大学里的话,就没有意义。就跟只是有钱未必有用一样,驱动经济才有意义。蓝光LED就做到了。

 

       从日本的现状来看,现金和存款占到家庭资产的5成以上,而美国则是投资占6成。美国没有欧洲美第奇家族那样的大富翁,因此形成了从很多人那里小额集资以用于投资的文化。日本的历史和文化跟欧美存在差异,日本如果坚持慎重投资的文化,很难创造活力。今后也要考虑这一点。期待实现通过投资来壮大日本经济的循环。

 

       记者:据悉您在让研究生院的学生体验创业。

 

       天野:我正在培养他们建立初创企业。开始至今已是第4个年头,有的学生在比拼业务模式的外部竞赛中拿到了奖金或直接创业。

 

       希望他们从学生时代就懂得冒险的意义。个人、企业和国家都是风险承担者,研究人员今后也应该拥有商业思维,具备判断风险的能力。只会闷头搞研究已经过时了。

 

       记者为日本经济新闻(中文版:日经中文网)评论员 中山淳史

 

       天野浩:1988年修完名古屋大学研究生院工学研究科课程。2010年就任该大学研究生院工学研究科教授,2015年至今担任该大学未来材料与系统研究所教授。2014年因“发明高亮度、可实现节能白色光源的高效率蓝色发光二极管”与赤崎勇(已故)、中村修二共同获得诺贝尔物理学奖。因崇拜比尔·盖茨而进入研究领域。现年61岁。

来源:日经

 

 

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