第三代半导体蓄势：新材料进入新领域

2021-07-22 16:03:53来源：化工仪器网关键词：半导体新材料阅读量：21330

导读：在5G和新能源汽车等新市场需求的驱动下，第三代半导体材料有望迎来加速发展。

　　我国把大力支持发展第三代半导体产业，写入“十四五”规划，计划在2021-2025年期间，在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面，大力发展第三代半导体产业，以期实现产业独立自主。“第三代半导体”成了热度较高的明星词，人们惊呼下一个风口来了。

　　推陈出新代代优化

　　顾名思义，半导体即常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，早在1833年电子学之父法拉第就发现了半导体现象，从第一代到第三代，半导体的材料在更新换代，其应用领域也越来越广。

　　第一代半导体材料在20世纪50年代出现，以硅、锗为代表，构成了一切逻辑器件的基础，主要用于分立器件和芯片制造。第二代半导体材料，发明并实用于20世纪80年代，主要是指化合物半导体材料，以砷化镓、磷化铟为代表。第二代半导体在发电率上有所突破，因此用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，广泛应用在微波通信、光通信、卫星通信、光电器件、激光器和卫星导航等领域。

　　本世纪初期，第三代半导体的探索之路逐渐开始，涌现出了碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝等具有宽禁带特性的新兴半导体材料，因此也被称为宽禁带半导体材料。第三代半导体材料广泛用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件，应用于半导体照明、5G通信、卫星通信、光通信、电力电子、航空航天等领域。

　　优势凸显创新应用

　　在5G和新能源汽车等新市场需求的驱动下，第三代半导体材料有望迎来加速发展。硅基半导体的性能已无法完全满足5G和新能源汽车的需求，因此，碳化硅和氮化镓等第三代半导体的优势被放大。

　　新能源汽车

　　在新能源汽车领域，碳化硅器件主要可以应用于功率控制单元、逆变器、车载充电器等方面。碳化硅功率器件轻量化、高效率、耐高温的特性能够有效降低新能源汽车的成本。

　　以Model 3搭载的碳化硅功率器件为例，其轻量化的特性能够节省电动汽车内部空间，高效率的特点有效降低了电动汽车电池成本，同时材料耐高温的优势降低了对冷却系统的要求，节约冷却成本。

　　轨道交通

　　在轨道交通领域，碳化硅器件能大幅提升牵引变流装置的效率，符合轨道交通绿色化、小型化、轻量化的发展趋势。近日完成调试的苏州3号线0312号列车是国内首个基于碳化硅变流技术的牵引系统项目，采用碳化硅半导体技术，在提高系统效率的同时降低了噪声，提升了乘客的舒适度。

　　快充

　　氮化镓半导体具备导通电阻小、损耗低以及能源转换效率高等优点，由氮化镓制成的充电器还可以做到快速充电。安卓端率先将氮化镓技术导入到快充领域，随着氮化镓生产成本迅速下降，氮化镓快充有望成为消费电子领域下一个杀手级应用。2020年2月，小米推出65W氮化镓充电器，体积比小米笔记本充电器缩小48%，并且售价创下业内新低。随着氮化镓半导体技术逐步提升，规模效应会带动成本越来越低，未来氮化镓充电器的渗透率会不断提升。

　　2020年，国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》，为第三代半导体的发展提供政策支持。虽然在技术和企业规模上我国半导体技术与一些国家仍有差距，但是面对产业短板，我国已经做好科学合理的规划，在助力地方投资建设半导体产业的同时，加大人才培养，上下游协同，更好的培育第三代半导体。

　　(原标题：第三代半导体蓄势：新材料进军新领域)

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