諾獎得主天野浩:日本半導體的機會來了

諾獎得主天野浩接受《日經》評論員中山淳史專訪指出,日本半導體的機會來了,台積電此前決定在日本建首座半導體工廠,要想讓低迷的日本半導體産業重新復甦,日本能做的只有吸引實力雄厚的海外企業在國內建廠嗎?日本運用此前在研發方面積累的經驗,通過自力更生能實現什麼樣的目標?

記者:您獲得諾貝爾獎至今已經8年。據悉使用與藍色LED相同的材料「氮化鎵(GaN)」有望開闢新的可能性。

天野浩:一説起半導體材料,可能人們都會認為是矽材料。不過,矽材料有其適合的用途,也有不適合的,今後不適合的用途會越來越多。因為全球出現了碳中和(溫室氣體凈零排放)的動向。這個領域備受關注的是化合物半導體。其中,氮氣與鎵結合生成的氮化鎵將形成一個很大的市場。

記者:矽和氮化鎵有什麼不同?

天野:簡單來説,矽具有在低電壓、小電流條件下高效工作的性質。正因為這些原因,矽才以邏輯元件或記憶體的形式用於個人電腦、智慧手機的運算處理。

另一方面,今後高電壓、大電流用途的需求將會擴大。包括純電動汽車(EV)、手機基地台、數據中心、可再生能源的蓄電和輸配電系統。它們使用的電力供應半導體或者用來改變電壓、頻率的半導體,被稱為功率器件,氮化鎵適合用作這方面的材料。使用矽的話,電阻會導致很大的電耗,效率很差。

記者:氮化鎵已經投入使用了嗎?

天野:純電動汽車大多還是使用矽類材料。原因有幾個,主要原因是氮化鎵難以量産。1990年代就開始了相關研究,花了很長時間才實現穩定生産出高品質的結晶。藍光LED即便每平方厘米有1億~10億個「晶體缺陷」也能發光,但如果用於純電動汽車的話,精度上需要將缺陷減少到1萬個左右。

記者:還需要很長時間才能實現量産嗎?

天野:從技術上來説,現在已經達到可以放心使用的程度。製造技術也沒問題,剩下的課題就是找到商業化的承擔者了。

雖然長期共同開展研究工作的大型機電企業有很多,但商業化就是另外一回事了。量産需要數百億~1000億日元的投資,很難向前推進。還有一個原因是日本企業不像以前那樣願意冒險了。

記者:日本政府以4000億日元補貼吸引來了全球最大的半導體代工企業台積電(TSMC)。台積電半導體使用的是矽。

天野:與矽相比,(氮化鎵)應該投資少。要想開發有競爭力的純電動汽車,使用氮化鎵功率器件的也更容易實現差異化。電力損耗小並且器件本身也很小,因此可以實現系統整體的小型輕量化。大幅降低成本成為可能。

記者:據悉中國大陸在關注化合物類的材料。

天野:歐美也在做。日本擁有這些國家好幾年都趕不上的技術經驗。在材料領域日本有優勢。在矽領域,日本與台灣、韓國及中國大陸的競爭激烈,今後難以反超。與其在後面追趕,不如在氮化鎵新市場上領先。包括氮化鎵在內,化合物類半導體的市場規模只有矽半導體的千分之一左右。但這也是千載難逢的好機會,如果日本國內企業能將其推廣到全世界,那就太棒了。期待過去那種動物精神(Animal Spirits)。

記者:您覺得純電動汽車以外的市場會如何?

天野:基地台及數據中心的電源裝置恐怕都會換成氮化鎵。就拿數據中心來説,為了避免通信發生延遲,越來越多地設置在用戶多的城市,這些地方大多不是寒冷地區,需要冷卻裝置。而使用氮化鎵的話,即使沒有空調也可以運行。比方説有一個矽創造出的經濟圈,把它想成是用氮化鎵來驅動,就容易理解了。不管是5G,還是‘Beyond 5G’,只要有氮化鎵,就可以發揮能力。

記者:擁有這麼厲害的技術令人感到很驚訝,這也有可能促進日本恢復自信。

天野:藍光LED剛發明出來時,普及速度很慢。正在困擾之時,手機出現了。照明市場也擴大了。需求是跟社會活動相聯絡的。這次的機會是碳中和。在日本的能源結構中,火電佔到75%。日本迫切需要轉向可再生能源,到那時,整個國家需要的是什麼材料?雖然日本的影響力一度下滑,但如果創造出新的東西,又會恢復活力。

記者:很久以來一直有聲音認為日本的研究能力劣化了。

天野:劣化一詞準不準確存在疑問。我覺得沒必要悲觀。從文部科學省統計的研究人員數量來看,大學、企業和公共機構的研究人員總數有所增加(2005~2007年平均與2015~2017年平均相比)。按照人口平均,也不遜色於其他國家。論文數量確實減少,但很可能是因為企業為了防止技術被剽竊而戰略性地減少發表。大學論文數量仍跟以前保持一樣。

記者:您在著作中提出了「好的創新」一詞,請您講一下什麼是好的創新?

天野:從我成為研究人員那一刻起就在考慮這個問題。創新有「好的」和「壞的」,對社會有貢獻的就是好的創新。讓創新一直沉睡在大學裏的話,就沒有意義。就跟只是有錢未必有用一樣,驅動經濟才有意義。藍光LED就做到了。

從日本的現狀來看,現金和存款佔到家庭資産的5成以上,而美國則是投資佔6成。美國沒有歐洲美第奇家族那樣的大富翁,因此形成了從很多人那裏小額集資以用於投資的文化。日本的歷史和文化跟歐美存在差異,日本如果堅持慎重投資的文化,很難創造活力。今後也要考慮這一點。期待實現通過投資來壯大日本經濟的循環。

記者:據悉您在讓研究所的學生體驗創業。

天野:我正在培養他們建立初創企業。開始至今已是第4個年頭,有的學生在比拼業務模式的外部競賽中拿到了獎金或直接創業。

希望他們從學生時代就懂得冒險的意義。個人、企業和國家都是風險承擔者,研究人員今後也應該擁有商業思維,具備判斷風險的能力。只會悶頭搞研究已經過時了。

記者為日本經濟新聞(中文版:日經中文網)評論員 中山淳史

天野浩:1988年修完名古屋大學研究所工學研究科課程。2010年就任該大學研究所工學研究科教授,2015年至今擔任該大學未來材料與系統研究所教授。2014年因「發明高亮度、可實現節能白色光源的高效率藍色發光二極管」與赤崎勇(已故)、中村修二共同獲得諾貝爾物理學獎。因崇拜比爾·蓋茲而進入研究領域。現年61歲。

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