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奧曼特小編簡析三代半導(dǎo)體的區(qū)別。
今天奧曼特小編為您簡析三代半導(dǎo)體的區(qū)別。
第一代半導(dǎo)體材料概述
第一代半導(dǎo)體材料主要是指硅（Si）、鍺元素（Ge）半導(dǎo)體材料。作為第一代半導(dǎo)體材料的鍺和硅，在國際信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的各類分立器件和應(yīng)用極為普遍的集成電路、電子信息網(wǎng)絡(luò)工程、電腦、手機(jī)、電視、航空航天、各類軍事工程和迅速發(fā)展的新能源、硅光伏產(chǎn)業(yè)中都得到了極為廣泛的應(yīng)用，硅芯片在人類社會的每一個(gè)角落無不閃爍著它的光輝。
第二代半導(dǎo)體材料概述
第二代半導(dǎo)體材料主要是指化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）；三元化合物半導(dǎo)體，如GaAsAl、GaAsP；還有一些固溶體半導(dǎo)體，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半導(dǎo)體（又稱非晶態(tài)半導(dǎo)體），如非晶硅、玻璃態(tài)氧化物半導(dǎo)體；有機(jī)半導(dǎo)體，如酞菁、酞菁銅、聚丙烯腈等。
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，是制作高性能微波、毫米波器件及發(fā)光器件的優(yōu)良材料。因信息高速公路和互聯(lián)網(wǎng)的興起，還被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊、光通信和GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域。
第三代半導(dǎo)體材料概述
第三代半導(dǎo)體材料主要以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶（Eg》2.3eV）半導(dǎo)體材料。在應(yīng)用方面，根據(jù)第三代半導(dǎo)體的發(fā)展情況，其主要應(yīng)用為半導(dǎo)體照明、電力電子器件、激光器和探測器、以及其他4個(gè)領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)成熟度各不相同。在前沿研究領(lǐng)域，寬禁帶半導(dǎo)體還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。
和第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場、高的熱導(dǎo)率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料（禁帶寬度大于2.2ev），也稱為高溫半導(dǎo)體材料。
第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用領(lǐng)域
1、半導(dǎo)體照明
藍(lán)光LED在用襯底材料來劃分技術(shù)路線。GaN基半導(dǎo)體，襯底材料的選擇就只剩下藍(lán)寶石（（Al2O3）、SiC、Si、GaN以及AlN。后兩者產(chǎn)業(yè)化為時(shí)尚遠(yuǎn)，我們討論下前三者。總的來說，三種材料各有千秋。藍(lán)寶石應(yīng)用最廣，成本較低，不過導(dǎo)電性差、熱導(dǎo)率低；單晶硅襯底尺寸最大、成本最低，但先天巨大的晶格失配與熱失配；碳化硅性能優(yōu)越，但襯底本身的制備技術(shù)拉后腿。
全球LED襯底市場分析：普萊西、晶能光電和三星主要使用硅襯底，但是技術(shù)起步晚，目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，市場占有率低；Cree公司主要采用碳化硅襯底，但是由于其成本問題，加上專利壟斷，幾乎沒有其他企業(yè)涉足。中村修二領(lǐng)導(dǎo)的Soraa公司據(jù)知正在采用氮化鎵（GaN）襯底，這是良好的LED襯底材料，但是比藍(lán)寶石更昂貴，并且生產(chǎn)尺寸也受到限制，也不能夠被大量采用。因此，藍(lán)寶石襯底得以迅速發(fā)展，占據(jù)主流市場。
根據(jù)IHS最新研究情報(bào)顯示，在2015年全球96.3%的LED生產(chǎn)均采用藍(lán)寶石襯底，預(yù)計(jì)到2020年該數(shù)據(jù)將會上升到96.7%。2015年主要得益于價(jià)格下跌，藍(lán)寶石應(yīng)用市場才得以提振。尤其是4英寸晶圓在2015年占據(jù)了55%的市場份額，其中9.9%是被三星、首爾半導(dǎo)體、晶元光電等大廠分割；6英寸晶圓產(chǎn)能也持續(xù)增長，主要以歐司朗、Lumileds公司、LG化學(xué)和科銳等廠商為首選。
2、功率器件
許多公司開始研發(fā)SiC MOSFET，包括科銳（Cree）旗下Wolfspeed（被Infineon收購）、羅姆、意法半導(dǎo)體、三菱和通用電氣。與此相反，進(jìn)入GaN市場中的玩家較少，起步較晚。
2015年，SiC功率半導(dǎo)體市場（包括二極管和晶體管）規(guī)模約為2億美元，到2021年，其市場規(guī)模預(yù)計(jì)將超過5.5億美元，這期間的復(fù)合年均增長率預(yù)計(jì)將達(dá)19%。毫無懸念，消耗大量二極管的功率因素校正（PFC）電源市場，仍將是SiC功率半導(dǎo)體最主要的應(yīng)用。
目前市場上主要GaN產(chǎn)品是應(yīng)用于高功率密度DC/DC電源的40-200伏增強(qiáng)性高電子遷移率異質(zhì)節(jié)晶體管（HEMT）和600伏HEMT混合串聯(lián)開關(guān)，國外廠商主要有EPC、IR、Transphorm、Panasonic、ExaGaN、GaN Systems等公司。中國GaN相關(guān)企業(yè)有IDM公司中航微電子、蘇州能訊，材料廠商中稼半導(dǎo)體、三安光電、杭州士蘭微等公司。
3、微波器件
微波器件方面，GaN高頻大功率微波器件已開始用于軍用雷達(dá)、智能武器和通信系統(tǒng)等方面。在未來，GaN微波器件有望用于4G～5G移動(dòng)通訊基站等民用領(lǐng)域。
市調(diào)公司預(yù)測，2016～2020年GaN射頻器件市場將擴(kuò)大至目前的2倍，市場復(fù)合年增長率（CAGR）將達(dá)到4%；2020年末，市場規(guī)模將擴(kuò)大至目前的2.5倍。
GaN在國防領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括IED干擾器、軍事通訊、雷達(dá)、電子對抗等。GaN將在越來越多的國防產(chǎn)品中得到應(yīng)用，充分體現(xiàn)其在提高功率、縮小體積和簡化設(shè)計(jì)方面的巨大優(yōu)勢。
4、激光器和探測器
在激光器和探測器應(yīng)用領(lǐng)域，GaN激光器已經(jīng)成功用于藍(lán)光DVD，藍(lán)光和綠色的激光將來巨大的市場空間在微型投影、激光3D投影等投影顯示領(lǐng)域，藍(lán)色激光器和綠光激光器產(chǎn)值約為2億美元，如果技術(shù)瓶頸得到突破，潛在產(chǎn)值將達(dá)到500億美元。2014年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者中村修二認(rèn)為下一代照明技術(shù)應(yīng)該是基于GaN激光器的“激光照明”，有望將照明和顯示融合發(fā)展。目前，只有國外的日本日亞公司（Nichia）、和德國的歐司朗（Osram）等公司能夠提供商品化的GaN基激光器。
由于氮化鎵優(yōu)異的光電特性和耐輻射性能，還可以用作高能射線探測器。GaN基紫外探測器可用于導(dǎo)彈預(yù)警、衛(wèi)星秘密通信、各種環(huán)境監(jiān)測、化學(xué)生物探測等領(lǐng)域，例如核輻射探測器，X射線成像儀等，但尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
我國發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料展望
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第三代半導(dǎo)體材料，但是第一代與第二代半導(dǎo)體材料仍在廣泛使用。為什么第二代的出現(xiàn)沒有取代第一代呢？第三代半導(dǎo)體是否可以全面取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料呢？
Si和化合物半導(dǎo)體是兩種互補(bǔ)的材料，化合物的某些性能優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了Si晶體的缺點(diǎn)，而Si晶體的生產(chǎn)工藝又明顯的有不可取代的優(yōu)勢，且兩者在應(yīng)用領(lǐng)域都有一定的局限性，因此在半導(dǎo)體的應(yīng)用上常常采用兼容手段將這二者兼容，取各自的優(yōu)點(diǎn)，從而生產(chǎn)出符合更高要求的產(chǎn)品，如高可靠、高速度的國防軍事產(chǎn)品。因此第一、二代是一種長期共同的狀態(tài)。
但是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，可以被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，消費(fèi)電子、照明、新能源汽車、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等，且具備眾多的優(yōu)良性能可突破第一、二代半導(dǎo)體材料的發(fā)展瓶頸，故被市場看好的同時(shí)，隨著技術(shù)的發(fā)展有望全面取代第一、二代半導(dǎo)體材料。
我國在第三半導(dǎo)體材料上的起步比較晚，且相對國外的技術(shù)水平較低。這是一次彎道超車的機(jī)會，但是我國需要面對的困難和挑戰(zhàn)還是很多的。
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