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第三代半導體蓄勢:新材料進入新領域

時間:2021-07-22

來源:化工儀器網

導語:我國把大力支持發展第三代半導體產業,寫入“十四五”規劃,計劃在2021-2025年期間,在教育、科研、開發、融資、應用等各個方面,大力發展第三代半導體產業,以期實現產業獨立自主。“第三代半導體”成了熱度較高的明星詞,人們驚呼下一個風口來了。

  我國把大力支持發展第三代半導體產業,寫入“十四五”規劃,計劃在2021-2025年期間,在教育、科研、開發、融資、應用等各個方面,大力發展第三代半導體產業,以期實現產業獨立自主。“第三代半導體”成了熱度較高的明星詞,人們驚呼下一個風口來了。

  推陳出新 代代優化

  顧名思義,半導體即常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料,早在1833年電子學之父法拉第就發現了半導體現象,從第一代到第三代,半導體的材料在更新換代,其應用領域也越來越廣。

  第一代半導體材料在20世紀50年代出現,以硅、鍺為代表,構成了一切邏輯器件的基礎,主要用于分立器件和芯片制造。第二代半導體材料,發明并實用于20世紀80年代,主要是指化合物半導體材料,以砷化鎵、磷化銦為代表。第二代半導體在發電率上有所突破,因此用于制作高速、高頻、大功率以及發光電子器件,廣泛應用在微波通信、光通信、衛星通信、光電器件、激光器和衛星導航等領域。

  本世紀初期,第三代半導體的探索之路逐漸開始,涌現出了碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化鋁等具有寬禁帶特性的新興半導體材料,因此也被稱為寬禁帶半導體材料。第三代半導體材料廣泛用于制作高溫、高頻、大功率和抗輻射電子器件,應用于半導體照明、5G通信、衛星通信、光通信、電力電子、航空航天等領域。

  優勢凸顯 創新應用

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

  新能源汽車

  在新能源汽車領域,碳化硅器件主要可以應用于功率控制單元、逆變器、車載充電器等方面。碳化硅功率器件輕量化、高效率、耐高溫的特性能夠有效降低新能源汽車的成本。

  以Model 3搭載的碳化硅功率器件為例,其輕量化的特性能夠節省電動汽車內部空間,高效率的特點有效降低了電動汽車電池成本,同時材料耐高溫的優勢降低了對冷卻系統的要求,節約冷卻成本。

  軌道交通

  在軌道交通領域,碳化硅器件能大幅提升牽引變流裝置的效率,符合軌道交通綠色化、小型化、輕量化的發展趨勢。近日完成調試的蘇州3號線0312號列車是國內首個基于碳化硅變流技術的牽引系統項目,采用碳化硅半導體技術,在提高系統效率的同時降低了噪聲,提升了乘客的舒適度。

  快充

  氮化鎵半導體具備導通電阻小、損耗低以及能源轉換效率高等優點,由氮化鎵制成的充電器還可以做到快速充電。安卓端率先將氮化鎵技術導入到快充領域,隨著氮化鎵生產成本迅速下降,氮化鎵快充有望成為消費電子領域下一個殺手級應用。2020年2月,小米推出65W氮化鎵充電器,體積比小米筆記本充電器縮小48%,并且售價創下業內新低。隨著氮化鎵半導體技術逐步提升,規模效應會帶動成本越來越低,未來氮化鎵充電器的滲透率會不斷提升。

  2020年,國務院發布《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展若干政策的通知》,為第三代半導體的發展提供政策支持。雖然在技術和企業規模上我國半導體技術與一些國家仍有差距,但是面對產業短板,我國已經做好科學合理的規劃,在助力地方投資建設半導體產業的同時,加大人才培養,上下游協同,更好的培育第三代半導體。

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