一/二/三代半導(dǎo)體有什么區(qū)別?第三代半導(dǎo)體的機(jī)遇來了!

隨著時代的發(fā)展，半導(dǎo)體也是一步步變更到今天?？梢哉f，半導(dǎo)體是發(fā)展的越來越好了。為增進(jìn)大家對半導(dǎo)體的認(rèn)識，本文將對一、二、三代半導(dǎo)體的區(qū)別以及第三代半導(dǎo)體的機(jī)遇予以介紹。如果你對半導(dǎo)體具有興趣，不妨和小編一起來繼續(xù)往下閱讀哦。

一、一/二/三代半導(dǎo)體有什么區(qū)別?

第三代半導(dǎo)體是以碳化硅SiC、氮化鎵GaN為主的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率、可承受大功率等特點(diǎn)。

1、材料

第一代半導(dǎo)體材料，發(fā)明并實(shí)用于20世紀(jì)50年代，以硅(Si)、鍺(Ge)為代表，特別是硅，構(gòu)成了一切邏輯器件的基礎(chǔ)。我們的CPU、GPU的算力，都離不開硅的功勞。第二代半導(dǎo)體材料，發(fā)明并實(shí)用于20世紀(jì)80年代，主要是指化合物半導(dǎo)體材料，以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為代表。

其中砷化鎵在射頻功放器件中扮演重要角色，磷化銦在光通信器件中應(yīng)用廣泛……而第三代半導(dǎo)體，發(fā)明并實(shí)用于本世紀(jì)初年，涌現(xiàn)出了碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石(C)、氮化鋁(AlN)等具有寬禁帶(Eg>2.3eV)特性的新興半導(dǎo)體材料，因此也被成為寬禁帶半導(dǎo)體材料。

2、帶隙

第一代半導(dǎo)體材料，屬于間接帶隙，窄帶隙;第二代半導(dǎo)體材料，直接帶隙，窄帶隙;第三代半導(dǎo)體材料，寬禁帶，全組分直接帶隙。 和傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比，更寬的禁帶寬度允許材料在更高的溫度、更強(qiáng)的電壓與更快的開關(guān)頻率下運(yùn)行。

3、應(yīng)用

第一代半導(dǎo)體材料主要用于分立器件和芯片制造;第二代半導(dǎo)體材料主要用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，也是制作高性能微波、毫米波器件的優(yōu)良材料，廣泛應(yīng)用在微波通信、光通信、衛(wèi)星通信、光電器件、激光器和衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域。第三代半導(dǎo)體材料廣泛用于制作高溫、高頻、大功率和抗輻射電子器件，應(yīng)用于半導(dǎo)體照明、5G通信、衛(wèi)星通信、光通信、電力電子、航空航天等領(lǐng)域。

第三代半導(dǎo)體材料已被認(rèn)為是當(dāng)今電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動力。以第三代半導(dǎo)體的典型代表碳化硅(SiC)為例，碳化硅具有高臨界磁場、高電子飽和速度與極高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，使得其器件適用于高頻高溫的應(yīng)用場景，相較于硅器件，碳化硅器件可以顯著降低開關(guān)損耗。

因此，碳化硅可以制造高耐壓、大功率的電力電子器件如MOSFET、IGBT、SBD等，用于智能電網(wǎng)、新能源汽車等行業(yè)。與硅元器件相比，氮化鎵具有高臨界磁場、高電子飽和速度與極高的電子遷移率的特點(diǎn)，是超高頻器件的極佳選擇，適用于5G通信、微波射頻等領(lǐng)域的應(yīng)用。

第三代半導(dǎo)體材料具有抗高溫、高功率、高壓、高頻以及高輻射等特性，相比第一代硅基半導(dǎo)體可以降低50%以上的能量損失，同時使裝備體積減小75%以上。第三代半導(dǎo)體屬于后摩爾定律概念，制程和設(shè)備要求相對不高，難點(diǎn)在于第三代半導(dǎo)體材料的制備，同時在設(shè)計(jì)上要有優(yōu)勢。

二、第三代半導(dǎo)體機(jī)遇

由于制造設(shè)備、制造工藝以及成本的劣勢，多年來第三代半導(dǎo)體材料只是在小范圍內(nèi)應(yīng)用，無法挑戰(zhàn)硅基半導(dǎo)體的統(tǒng)治地位。 目前碳化硅襯底技術(shù)相對簡單，國內(nèi)已實(shí)現(xiàn)4英寸量產(chǎn)，6英寸的研發(fā)也已經(jīng)完成。氮化鎵(GaN)制備技術(shù)仍有待提升，國內(nèi)企業(yè)目前可以小批量生產(chǎn)2英寸襯底，具備了4英寸襯底生產(chǎn)能力，并開發(fā)出6英寸樣品。

在5G和新能源汽車等新市場需求的驅(qū)動下，第三代半導(dǎo)體材料有望迎來加速發(fā)展。硅基半導(dǎo)體的性能已無法完全滿足5G和新能源汽車的需求，碳化硅和氮化鎵等第三代半導(dǎo)體的優(yōu)勢被放大。

另外，制備技術(shù)的進(jìn)步使得碳化硅和氮化鎵器件成本不斷下降，碳化硅和氮化鎵的性價比優(yōu)勢將充分顯現(xiàn)。初步判斷，第三代半導(dǎo)體未來的核心增長點(diǎn)將集中在碳化硅和氮化鎵各自占優(yōu)勢的領(lǐng)域。

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