第三代半导体风生水起

撰写时间：2013-8-29 文章作者： 文章来源：大众证券报

        第一代半导体硅(Si)，主要应用在数据运算领域，第二代半导体砷化镓(GaAs)，主要应用在通信领域，两者都有一定的局限性，而第三代宽禁带半导体碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，以其高温下的稳定性、高效的光电转化能力、更低的能量损耗等绝对优势，可以被广泛应用的各个领域，无论是消费电子设备、照明、新能源汽车、风力发电机、飞机发动机，还是导弹和卫星，都对这种高性能的半导体有着极大的期待，其单克价值远高于黄金!

        2009年9月，奥巴马政府颁布了《政府的创新议程》，期待以新能源革命作为整个国家工业和经济体系转换的推动力，通过多种措施，大力发展新能源、节能环保、新一代信息与网络技术、生物技术、航空航天及海洋等新兴产业，抢占国际金融危机催生下的世界新一轮科技与产业革命的制高点。

        所有这些新兴产业的核心就是宽禁带半导体技术，新能源产业需要逆变器、节能环保需要节能电机、信息技术需要高效率的集成电路、航空航天需要更小巧的零部件。除此之外，以国防军工为代表的传统产业，如果想要提升产业水平，同样需要新一代的半导体技术。

        为此，2013年5月9日，美国奥巴马政府宣布成立三个新的国家制造业创新学院，分别是“数字化制造和设计创新”(DMDI)学院、“轻量制造和现代金属制造创新”(LM3I)学院及能源部领导的“清洁能源制造创新学院”。美国能源部网站显示，“清洁能源制造创新学院”将重点聚焦“宽禁带(WBG)半导体电力电子器件”技术的研究和发展，认为该技术将广泛应用于多个行业和市场，具备变革性的突破力量，将其上升到国家战略的高度，确保美国在这一领域的优势地位。

        与美国相比，中国显然还没有足够意识到宽禁带半导体技术所能带来的扭转乾坤的力量。国内虽然对SiC和GaN等宽禁带半导体材料的性质有一定的研究，但在产业化方面远远落后于美国、日本、韩国和欧洲。特别是在最核心的晶体生长领域，由于该技术涉及国防，美国等西方国家对中国实行禁运，中国只能依靠自主研发，实现技术上的突破，目前仅有屈指可数的几家企业拥有基本的技术能力，在相关的电子器件方面就更不用提了，几乎完全依赖于国外进口。宽禁
带半导体技术关系着国家的未来，其技术水平的高低将直接影响中国工业未来的发展进程。相信政府和市场终将认识到这一技术的重要性，宽禁带半导体，一个新的时代即将来临!

        材料 碳化硅和氮化镓最有前景

        第三代半导体中SiC(碳化硅)单晶和GaN(氮化镓)单晶脱颖而出，最有发展前景。第三代半导体主要包括SiC单晶、GaN单晶、ZnO单晶和金刚石，其中又以SiC和GaN为最核心的材料。SiC拥有更高的热导率和更成熟的技术，而GaN直接跃迁、高电子迁移率和饱和电子速率、成本更低的优点则使其拥有更快的研发速度。两者的不同优势决定了应用范围上的差异，在光电领域，GaN占绝对的主导地位，而在其他功率器件领域，SiC适用于1200V以上的高温大电力领域，GaN则更适用900V以下的高频小电力领域。目前来看，未来2-3年内，两者仍然难分高下。

        应用 有望全面取代传统半导体

        宽禁带半导体应用领域宽广，未来有望全面取代传统半导体。(1)耐高温使得宽禁带半导体可以适用于工作温度在650℃以上的军用武器系统和航空航天设备中;(2)大功率在降低自身功耗的同时提高系统其它部件的能效，可节能20%-90%;(3)高频特性可以极大提高雷达效率，在维持覆盖的前提下减少通信基站的数量，更可以实现更高速IC芯片的制造;(4)宽禁带使得高亮度白光LED照明成为可能，同时可降低电力损耗47%;(5)抗辐射可以减少设备受到的干扰，延长航空航天设备的使用寿命的同时极大的降低重量。

        拐点 市场拐点或将在2015年

        晶圆制造工艺成熟度加快，新型功率器件研发加速，市场拐点或将出现在2015年，市场规模将加速增长。预计晶圆制造工艺在未来2~3年会有大幅改进，产量的增加将使得成本快速下降，2015年SiC器件价格有望下降到2012年的一半左右，GaN器件的价格也可能进一步下降，IMS预计2015年SiC和GaN功率器件市场规模有望接近5亿美元，2020年将达到20亿美元，相比2012年提高20倍。其中，增长最快的应用市场可能是UPS与电动汽车，工业驱动器、PV逆变器次之。