什么是第三代半导体？一、二、三代半导体什么区分？

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据了解，我国计划把大力支撑展开第三代半导体财富，写入“十四五”计划，计划在2021-2025年时代，在教育、科研、开辟、融资、利用等等各个方面，大力支撑展开第三代半导体财富，以期实现财富自力自立。
什么是第三代半导体？


第三代半导体是以碳化硅SiC、氮化镓GaN为主的宽禁带半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。
一、二、三代半导体什么区分？
一、材料
第一代半导体材料，缔造并适用于20世纪50年月，以硅（Si）、锗（Ge）为代表，出格是硅，组成了一切逻辑器件的根抵。我们的CPU、GPU的算力，都离不开硅的功勋。第二代半导体材料，缔造并适用于20世纪80年月，主如果指化合物半导体材料，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表。
其中砷化镓在射频功放器件中饰演重要脚色，磷化铟在光通讯器件中利用普遍……而第三代半导体，缔造并适用于本世纪初年，出现出了碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）等具有宽禁带（Eg＞2.3eV）特征的新兴半导体材料，因此也被成为宽禁带半导体材料。
二、带隙
第一代半导体材料，属于间接带隙，窄带隙；第二代半导体材料，间接带隙，窄带隙；第三代半导体材料，宽禁带，全组分间接带隙。和传统半导体材料相比，更宽的禁带宽度答应材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关频次下运转。
三、利用
第一代半导体材料首要用于分立器件和芯片制造；第二代半导体材料首要用于建造高速、高频、大功率以及发光电子器件，也是建造高性能微波、毫米波器件的良好材料，普遍利用在微波通讯、光通讯、卫星通讯、光电器件、激光器和卫星导航等范畴。第三代半导体材料普遍用于建造高温、高频、大功率和抗辐射电子器件，利用于半导体照明、5G通讯、卫星通讯、光通讯、电力电子、航空航天等范畴。
第三代半导体材料已被以为是现今电子财富展开的新动力。以第三代半导体的典型代表碳化硅（SiC）为例，碳化硅具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点，使得其器件适用于高频高温的利用处景，相较于硅器件，碳化硅器件可以明显下降开关消耗。
因此，碳化硅可以制造高耐压、大功率的电力电子器件如MOSFET、IGBT、SBD等，用于智能电网、新能源汽车等行业。与硅元器件相比，氮化镓具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高的电子迁移率的特点，是超高频器件的极佳挑选，适用于5G通讯、微波射频等范畴的利用。
第三代半导体材料具有抗高温、高功率、高压、高频以及高辐射等特征，相比第一代硅基半导体可以下降50%以上的能量损失，同时使装备体积减小75%以上。第三代半导体属于后摩尔定律概念，制程和装备要求相对不高，难点在于第三代半导体材料的制备，同时在设想上要有上风。
第三代半导表示状
由于制造装备、制造工艺以及本钱的上风，多年来第三代半导体材料只是在小范围内利用，没法应战硅基半导体的统治职位。今朝碳化硅衬底技术相对简单，国内已实现4英寸量产，6英寸的研发也已经完成。氮化镓（GaN）制备技术仍有待提升，国内企业今朝可以小批量消耗2英寸衬底，具有了4英寸衬底消耗才能，并开辟出6英寸样品。
第三代半导体的机遇
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展开。硅基半导体的性能已没法完全满足5G和新能源汽车的需求，碳化硅和氮化镓品级三代半导体的上风被放大。
此外，制备技术的进步使得碳化硅和氮化镓器件本钱不竭下降，碳化硅和氮化镓的性价比上风将充实显现。初步判定，第三代半导体未来的焦点增加点将集合在碳化硅和氮化镓各自占上风的范畴。
一、碳化硅（SiC）
常被用于功率器件，适用于600V下的高压场景，普遍利用于新能源汽车、充电桩、轨道交通、光伏、风电等电力电子范畴。新能源汽车以及轨道交通两个范畴复合增速较快，有望成为碳化硅市场快速增加的首要驱动力。
计到2023年，碳化硅功率器件的市场范围将跨越15亿美圆，年复合增加率为31%。
1.新能源汽车
在新能源汽车范畴，碳化硅器件首要可以利用于功率控制单元、逆变器、车载充电器等方面。碳化硅功率器件轻量化、高效力、耐高温的特征有助于有用下降新能源汽车的本钱。
2018年特斯拉Model 3采用了意法半导体消耗的碳化硅逆变器，是第一家在主逆变器中集玉成碳化硅功率模块的车企。
以Model 3搭载的碳化硅功率器件为例，其轻量化的特征节省了电动汽车内部空间，高效力的特征有用下降了电动汽车电池本钱，耐高温的特征下降了对冷却系统的要求，节俭了冷却本钱。
此外，近期新上市的比亚迪汉EV也搭载了比亚迪自立研发并制造的高性能SiC-MOSFET 控制模块。
2.轨道交通
在轨道交通范畴，碳化硅器件首要利用于轨交牵引变流器，能大幅提升牵引变流安装的效力，合适轨道交通绿色化、小型化、轻量化的展开趋向。克日完成调试的苏州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。
采用完全的碳化硅半导体技术替换传统IGBT技术，在进步系统效力的同时下降了噪声，提升了乘客的温馨度。
二、氮化镓（GaN）
偏重高频性能，普遍利用于基站、雷达、产业、消耗电子范畴：1.5G基站氮化镓射频器件更能有用满足5G高功率、高通讯频段的要求。
5G基站以及快充两个范畴复合增速较快，有望成为氮化镓市场快速增加的首要驱动力。基于氮化镓工艺的基站占比将由50%增至58%，带来大量氮化镓的新增需求。估量到2022年，氮化镓器件的市场范围将跨越25亿美圆，年复合增加率为17%。
2.快充
氮化镓具有导通电阻小、消耗低以及能源转换效力高档优点，由氮化镓制成的充电器还可以做到较小的体积。安卓端率先将氮化镓技术导入到快充范畴，随着氮化镓消耗本钱敏捷下降，氮化镓快充有望成为消耗电子范畴下一个杀手级利用。估量全球氮化镓功率半导体市场范围从2018年的873万美圆增加到2024年的3.5亿美圆，复合增加率到达85%。
2019年9月，oppo公布国内首款氮化镓充电器SuperVOOC 2.0，充电功率为65W；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％，而且售价创下业内新低。随着氮化镓技术慢慢提升，范围效应会带动本钱越来越低，未来氮化镓充电器的渗透率会不竭提升。
中国三代半导体材料中和全球的差异一、中国以硅为代表的第一代半导体材料和国际一线水平差异最大1.消耗装备几近一切的晶圆代工场城市用到美国公司的装备，2019年全球前5名芯片装备消耗商3家来自美国；而中国的北方华创、中微半导体、上海微电子等中国良好的芯片公司只是在刻蚀装备、清洗装备、光刻机等部分细分范畴实现打破，装备范畴的国产化率还不到20%。
2.利用材料
美国已延续多年位列第一，我国的高端光刻胶几近依靠进口，全球5大硅晶圆的供给商占据了高达92.8%的产能，美国、日本、韩国的公司具有把持职位。
3.消耗代工
2019年台积电市场占有率高达52%，韩国三星占了18%左右，中国最良好的芯片制造公司中芯国际只占5%，且在制程上前面两个相差30年的差异。
二、中国以砷化镓为代表的第二代半导体材料已经有打破的迹象
1.砷化镓晶圆环节
据Strategy Analytics数据，2018年前四大砷化镓外延片厂商为IQE（英国）、全新光电（VPEC，台湾）、住友化学（Sumitomo Chemicals，日本）、英特磊（IntelliEPI，台湾），市场占有率分袂为54%、25%、13%、6%。CR4高达98%。
2.砷化镓晶圆制造环节（Foundry+IDM）
台湾系代工场为支流，稳懋（台湾）一家独大，占据了砷化镓晶圆代工市场71%的市场份额，其次为宏捷（台湾）与环宇（GCS，美国），分袂为9%和8%。
3.砷化镓元器件
砷化镓元器件产物（PA为主），也是以欧美厂商为主，最大的是Skyworks（思佳讯），市场占有率为30.7%；其次为Qorvo（科沃，RFMD和TriQuint合并而成），市场份额为28%；第三名为Avago（安华高，博通收买）。
这三家都是美国企业。可见，在砷化镓三大财富链环节（晶圆、晶圆制造代工、焦点元器件），今朝都以欧美、日本和台湾厂商为主导。中国企业起步晚，在财富链中话语权不强。
不外从三个环节来看，已经有打破的迹象。如华为就是将手机射频关键部件PA经过本人研发然后转单给三安光电代工的。
三、中国在以氮化镓和碳化硅为代表第三代半导体材料方面有追逐和超车的机会由于第三代半导体材料及利用财富缔造并适用于本世纪初年，列国的研讨和水平相差不远，国内财富界和专家以为第三代半导体材料成了我们摆脱集成电路（芯片）被动排场、实现芯片技术追逐和超车的良机。
就像汽车财富，中国就是操纵展开新能源汽车的形式来拉近和美、欧、日系等汽车强国的间隔的，而且在某些范畴实现了弯道超车、换道超车的排场。
三代半材料性能良好、未来利用普遍，假如从这方面赶超是存在机会的。

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