第三（sān）代半導體零件和（hé）應用解析

      寬禁帶半導體零件(WBS)是自第一代元素半導體材料(Si)和第二代化合物半導體材料(GaAs、GaP、InP 等)之後發展起來的第三代半導體材料，禁帶寬度大於 2eV，這類材料（liào）主要包括 SiC(碳化矽)、C-BN(立（lì）方（fāng）氮（dàn）化硼)、GaN(氮化镓、)AlN(氮化鋁)、ZnSe(硒化鋅)以及金剛石等。

 

      碳化矽 SiC、氮化镓（jiā） GaN、矽 Si 以及砷化镓 GaAs 的一些參數：

 

      寬禁帶半導（dǎo）體（tǐ）零（líng）件加（jiā）工材料（liào）(第一代~第（dì）三代（dài）)的重要參數對比，SiC 和 GaN 的（de）禁帶寬度遠大於 Si 和（hé） GaAs，相應（yīng）的本征載流子濃度小於 Si 和 GaAs，寬禁帶半導體的最高工作（zuò）溫度要高於第一、第二代半導體材料。擊（jī）穿場強和飽和熱導率也遠大於（yú） Si 和 GaAs。

 

      1. 第三代寬禁帶半（bàn）導體應用

 

      在前沿研究（jiū）領域（yù），寬禁帶半導體還處於實驗室研發階（jiē）段。根據第三代半導（dǎo）體的發展情況，其主要（yào）應用為半導（dǎo）體照明、電力電子器（qì）件（jiàn）、激光器和探測器、以及其他 4 個領域，每個領域產業成熟度各不相同（tóng）。

      2. 半（bàn）導體照明

 

      藍光 LED 在用襯底材料來劃分技術路（lù）線。GaN 基半導（dǎo）體，襯底（dǐ）材料的（de）選擇就隻剩下藍寶石((Al2O3)、SiC、Si、GaN 以及 AlN。後兩者產業化為時尚遠，我們討論下前三者。總的來說，三種材料各有千秋。

 

      藍寶石應用最廣，成本較低，不（bú）過（guò）導電性差（chà）、熱導率低;單晶矽襯底尺寸（cùn）最大、成本（běn）最低，但先天巨大的（de）晶格失配與熱（rè）失配;碳化矽性能優越，但（dàn）襯底本身的（de）製（zhì）備技術拉後腿。

 

      根（gēn）據 IHS 最新研究情（qíng）報顯示，在 2015 年（nián）全球（qiú） 96.3%的 LED 生產（chǎn）均采用藍寶石襯底，預計到 2020 年該數據將會上升到（dào） 96.7%。2015 年主要得（dé）益於價格下（xià）跌，藍寶石應（yīng）用市場才得以提振。

 

      3. 功率器件

 

      許多公司開始研發 SiCMOSFET，包（bāo）括（kuò）科銳(Cree)旗下 Wolfspeed(被（bèi） Infineon 收購)、羅姆、意（yì）法半導體、三（sān）菱和通用電氣。與此相反，進入 GaN 市場中的玩家（jiā）較少，起步（bù）較晚。

 

      SiC 功率半導體零件市場(包括二極管（guǎn）和晶體管)規模約為 2 億美元，到明年，其市場規模預計將超過 5.5 億美元，這期間的複合年均增長率預計將達 19%。毫無懸念，消耗大量二（èr）極（jí）管的功率因素校正(PFC)電源市場，仍將是 SiC 功率半導體最主（zhǔ）要的應用。