盘点第三代半导体性能及应用.doc

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1、盘点第三代半导体性能及应用盘点第三代半导体性能及应用盘点第三代半导体性能及应用　　近日科技部高新司在北京组织召开“十二五”期间863计划重点支持的“第三代半导体器件制备及评价技术”项目验收会。通过项目的实施，我国在第三代半导体关键的碳化硅和氮化镓材料、功率器件、高性能封装以及可见光通信等领域取得突破。　　中国开展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比较晚，与国外相比水平较低，阻碍国内第三代半导体研究进展的重要因素是原始创新问题。随着国家对第三代半导体材料的重视，近年来，我国半导体材料市场发展迅速。其中以碳化硅与氮化镓为主的材料备受关注。我们认为，该项目取得的进展，显示出我国在半导体

2、前沿材料的研究方面取得了突破进展，有助于支撑我国在节能减排、现代信息工程、现代国防建设上的重大需求。　　近年来，国家和各地方政府陆续推出政策和产业扶持基金发展第三代半导体相关产业：地方政策在2016年大量出台，福建、广东、江苏、北京、青海等27个地区出台第三代半导体相关政策（不包括LED）近30条。　　考虑到当前国内的半导体产业投资基本上进入了国家主导的投资阶段，2014年大基金的成立开启了一轮国内投资半导体的热潮，无论是政府资金，还是产业资本都纷纷进入这个领域。随着碳化硅和氮化镓材料研发取得进展，我们预期，第二期大基金的布局焦点应该会向上游的原材料和设备倾斜更多的资源，尤其是涉及第

3、三代半导体材料氮化镓和碳化硅这样的上游材料公司有机会受到资金青睐。　　第三代半导体是何方神圣？　　相比第1代与第2代半导体材料,第3代半导体材料是具有较大禁带宽度（禁带宽度>2.2eV）的半导体材料。第3代半导体主要包括碳化硅（SiC）、氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）、金刚石、氧化锌（ZnO），其中，发展较为成熟的是SiC和GaN。第3代半导体材料在导热率、抗辐射能力、击穿电场、电子饱和速率等方面优点突出，因此更使用于高温、高频、抗辐射的场合。　　半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料。1958年，世界上第一块集成电路在美国诞生，由此开启了芯片时代。1965年，中国独立研

4、制出第一块集成电路。　　1958年以后，半导体材料逐渐走上了升级之路。第一代半导体材料是以硅和锗为代表的元素半导体，用于电子器件。第二代半导体材料是以砷化镓、磷化铟为代表的化合物半导体材料。与第一代半导体材料相比，它能够发光，但只是红光波长以上的光。以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料，发光波长几乎涵盖所有可见光，因而其应用领域十分广阔。红绿蓝三基色能调配出任何一种颜色。第三代半导体材料发出的蓝光是调出白光LED的基础。　　第三代半导体材料现在和将来能改变生活的方面主要集中在三大领域。　　一是发光。它能做成LED（发光二极管）。用于显示如手机屏、电视屏、大型显示屏等，亦可用于照明

5、，如电灯、路灯、汽车前灯等。近年来，国内LED行业发展非常迅速，占据了大部分的显示市场；同时，很多照明领域都在逐步被LED照明所替代。盛况认为，我国在这一领域的发展是很成功的。　　二是通讯。人们对它的预期前景是5G，即第五代移动通信网络。其中基站用的射频功放管器件，仅华为和中兴通讯每年的采购量近亿只，采购金额超过100亿元。目前基本依赖进口。实现以GaN（氮化镓）射频功放管器件为代表的核心器件国产化，将对我国在未来5G通信竞争中打破受制于人的局面具有重要的意义。　　三是电能变换。电能变换的应用领域非常广，所有用电的装备、设施，几乎都要用电能变换的半导体器件对电能进行控制、管理和变换。

6、　　电能变换的用途量大面广。盛况向记者举例，轨道交通、新能源汽车、光伏和风电的并网，以及消费类电子中的变频空调、冰箱、手机充电器、电脑电源等都需要半导体器件。如果第三代半导体材料能替代现在第二代半导体材料，能使半导体器件的功率更大、效率更高、体积更小。　　美国工程院院士FredC.LEE曾表示数据中心未来将带来大量的能耗，如果采用第三代半导体的电力电子器件并从结构上整体优化，能将效率由原来的73%提升到87%。相当于节省3.5个三峡的发电量。　　碳化硅和氮化镓都可以做电力电子器件。基于这两种材料的器件发展各有各的难度。碳化硅器件的研究时间更长，技术更成熟，在产业化和市场化比氮化镓器件

7、走得远一些。目前一些先进的汽车厂商已经在开始用碳化硅器件，比如特斯拉。尽管手机充电器尚未大量使用氮化镓器件。相信在不远的将来，手机充电器可能会具备快充和高功率密度两大特点。在这个领域，氮化镓的用途可能会更明显。　　第三代半导体性能及应用　　半导体产业发展至今经历了三个阶段，第一代半导体材料以硅（Si）为代表。第二代半导体材料砷化镓（GaAs）也已经广泛应用。而以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）等宽禁带为代表的第三代半导体材料，相较前两代