为什么说发展第三代半导体是能快速缩短差距的
一、什么是第三代半导体
第一代半导体材料概述第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料。目前大部分半导体是基于硅基的。
第二代半导体材料概述第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚***等。是4G时代的大部分通信设备的材料。
第三代半导体材料概述第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带(Eg》2.3eV)半导体材料。是5G时代的主要材料。
二、工艺产业链:
第三代半导体的产业链包括包括衬底→外延→设计→制造→封装。其中,衬底是所有半导体芯片的底层材料,起到物理支撑、导热、导电等作用。外延是在衬底材料上生长出新的半导体晶层,这些外延层是制造半导体芯片的重要原料,影响器件的基本性能。设计包括器件设计和集成电路设计,其中器件设计包括半导体器件的结构、材料,与外延相关性很大。制造需要通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设计好的器件结构和电路。封装是指将制造好的晶圆切割成裸芯片。
三、特点(优点):
第三代半导体材料具有宽的禁带宽度,高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2ev),也称为高温半导体材料。
在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景,有望突破传统半导体技术的瓶颈,与第一代、第二代半导体技术互补,对节能减排、产业转型升级、催生新的经济增长点将发挥重要作用。
四、常用的两种三代半导体材料
碳化硅:SiC产业链主要包含粉体、单晶材料、外延材料、芯片制备、功率器件、模块封装和应用等环节。
氮化镓:GaN产业链包括上游衬底、中游外延片、下游器件模块等环节。
五、商业模式
商业模式:
目前第三代半导体主要商业模式可分为两类:IDM(垂直整合制造)模式和垂直分工模式。
1、IDM:从设计到制造、封测以及销售自有品牌IC都一手包办的半导体公司,被称为IDM公司。国外IDM代表有:英特尔(Intel)、SK海力士、美光、NXP、英飞凌、索尼、德州仪器(TI)、三星(Samsung)、东芝(Toshiba)、意法半导体(ST)等。我国**IDM厂商主要有:华润微电子、士兰微、扬杰科技、苏州固锝、上海贝岭等。
2、垂直分工模式:有的半导体公司仅做IC设计,没有芯片加工厂(Fab),通常被称为Fabless,例如华为、ARM、NVIDIA和高通等。另外还有的公司只做代工,不做设计,称为代工厂(Foundry),代表企业有台积电、格罗方德、中芯国际、**电等。
六、为什么要发展第三代半导体
1、第三代半导体行业目前整体处于产业化起步阶段,相较于第一代、第二代半导体尚处于发展初期,国内和国际巨头基本处于同一起跑线。
2、第三代半导体材料的下游应用几乎遍及所有用电领域。第三代半导体的下游应用主要有三大方向:光电子,电力电子,微波射频。
3、第三代半导体核心难点在材料制备,其他环节可实现国产化程度非常高,加持国家在政策和资金方面大力支持,行业技术追赶速度更快、门槛准入较低、国产化程度更高,中长期给国内功率半导体企业、衬底材料供应商带来更多发展空间确定性更强。
4、我国的新能源汽车市场占全球市场的一半以上,是全球最大的新能源汽车市场。
新能源汽车是SiC功率器件最大的应用领域,SiC已实现了车规级应用,在新能源汽车市场备受青睐。随着材料科技的发展,碳化硅(SiC)正成为技术热点。根据意法半导体相关预测,2020年约有40%以上的纯电动汽车采用SiC技术,而到2025年,Sic的普及率将提高至70%。
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