第三代半导体器件和应用解析区别「第四代半导体」

今天带来第三代半导体器件和应用解析区别「第四代半导体」，关于第三代半导体器件和应用解析区别「第四代半导体」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

宽禁带半导体(WBS)是自第一代元素半导体材料(Si)和第二代化合物半导体材料(GaAs、GaP、InP 等)之后发展起来的第三代半导体材料，禁带宽度大于 2eV，这类材料主要包括 SiC(碳化硅)、C-BN(立方氮化硼)、GaN(氮化镓、)AlN(氮化铝)、ZnSe(硒化锌)以及金刚石等。

碳化硅 SiC、氮化镓 GaN、硅 Si 以及砷化镓 GaAs 的一些参数如下图所示：

宽禁带半导体材料(第一代~第三代)的重要参数对比

SiC 和 GaN 的禁带宽度远大于 Si 和 GaAs，相应的本征载流子浓度小于 Si 和 GaAs，宽禁带半导体的最高工作温度要高于第一、第二代半导体材料。击穿场强和饱和热导率也远大于 Si 和 GaAs。

1. 第三代宽禁带半导体应用

在前沿研究领域，宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。根据第三代半导体的发展情况，其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他 4 个领域，每个领域产业成熟度各不相同。

第三代宽禁带半导体材料应用领域

2. 半导体照明

蓝光 LED 在用衬底材料来划分技术路线。GaN 基半导体，衬底材料的选择就只剩下蓝宝石((Al2O3)、SiC、Si、GaN 以及 AlN。后两者产业化为时尚远，我们讨论下前三者。总的来说，三种材料各有千秋。

蓝宝石应用最广，成本较低，不过导电性差、热导率低;单晶硅衬底尺寸最大、成本最低，但先天巨大的晶格失配与热失配;碳化硅性能优越，但衬底本身的制备技术拉后腿。

LED 三种衬底

根据 IHS 最新研究情报显示，在 2015 年全球 96.3%的 LED 生产均采用蓝宝石衬底，预计到 2020 年该数据将会上升到 96.7%。2015 年主要得益于价格下跌，蓝宝石应用市场才得以提振。

3. 功率器件

SiC 和 GaN 商业化功率器件发展历程

许多公司开始研发 SiCMOSFET，包括科锐(Cree)旗下 Wolfspeed(被 Infineon 收购)、罗姆、意法半导体、三菱和通用电气。与此相反，进入 GaN 市场中的玩家较少，起步较晚。

SiC 半导体材料及器件的发展过程

2015 年，SiC 功率半导体市场(包括二极管和晶体管)规模约为 2 亿美元，到 2021 年，其市场规模预计将超过 5.5 亿美元，这期间的复合年均增长率预计将达 19%。毫无悬念，消耗大量二极管的功率因素校正(PFC)电源市场，仍将是 SiC 功率半导体最主要的应用。

SiC 器件市场发展趋势

目前市场上主要 GaN 产品是应用于高功率密度 DC/DC 电源的 40-200 伏增强性高电子迁移率异质节晶体管(HEMT)和 600 伏 HEMT 混合串联开关，国外厂商主要有 EPC、IR、Transphorm、Panasonic、ExaGaN、GaNSystems 等公司。

GaN 基功率器件的发展历程

中国 GaN 相关企业有 IDM 公司苏州能讯、中航微电子，材料厂商中稼半导体、三安光电、杭州士兰微等公司。

4. 微波器件

微波器件方面，GaN 高频大功率微波器件已开始用于军用雷达、智能武器和通信系统等方面。在未来，GaN 微波器件有望用于 4G～5G 移动通讯基站等民用领域。

国际上涉及 GaN 微波器件的主要厂商：

全球 GaN 微波器件主要厂商

市调公司预测，2016～2020 年 GaN 射频器件市场将扩大至目前的 2 倍，市场复合年增长率(CAGR)将达到 4%;2020 年末，市场规模将扩大至目前的 2.5 倍。

5. 激光器和探测器

在激光器和探测器应用领域，GaN 激光器已经成功用于蓝光 DVD，蓝光和绿色的激光将来巨大的市场空间在微型投影、激光 3D 投影等投影显示领域，蓝色激光器和绿光激光器产值约为 2 亿美元，如果技术瓶颈得到突破，潜在产值将达到 500 亿美元。

由于氮化镓优异的光电特性和耐辐射性能，还可以用作高能射线探测器。GaN 基紫外探测器可用于预警、卫 星秘 密通信、各种环境监测、化学生物探测等领域，例如核 辐射 探测器，X 射线成像仪等，但尚未实现产业化。

2014 年诺贝尔奖获得者中村修二认为下一代照明技术应该是基于 GaN 激光器的“激光照明”，有望将照明和显示融合发展。目前，只有国外的日本日亚公司(Nichia)、和德国的欧司朗(Osram)等公司能够提供商品化的 GaN 基激光器。