第三代半導體零件和（hé）應用解析

      寬（kuān）禁（jìn）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（wù）半導體材料(GaAs、GaP、InP 等)之後發展起來的（de）第（dì）三代半導體材料，禁帶寬度（dù）大於 2eV，這（zhè）類材料主要包括 SiC(碳化矽)、C-BN(立方氮化（huà）硼)、GaN(氮（dàn）化镓、)AlN(氮化鋁)、ZnSe(硒（xī）化鋅)以及金剛（gāng）石等。

 

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

 

      寬禁帶半導體零件加工材料(第一代~第三代)的（de）重要參數對比，SiC 和 GaN 的禁帶寬度遠大於 Si 和 GaAs，相應的本征載流子濃度小於 Si 和 GaAs，寬禁帶半導體的最高工作溫（wēn）度（dù）要高（gāo）於第一、第二代半導體材料。擊穿場強和飽和熱導率也遠大於 Si 和 GaAs。

 

      1. 第三代寬禁帶半導體應用

 

      在前沿研究領（lǐng）域，寬禁帶半導體還處於實驗室研發階（jiē）段。根據第三代半導體的發展情況，其主要應用（yòng）為半（bàn）導體照明、電力電子器件、激光器（qì）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。

      2. 半導體照明

 

      藍光 LED 在用襯底材料（liào）來劃分技術路線。GaN 基半導體，襯底材料的選（xuǎn）擇（zé）就隻剩下藍寶石((Al2O3)、SiC、Si、GaN 以及（jí） AlN。後兩者產業化為時尚遠，我（wǒ）們討論下前三者。總的來說，三種材料各有千（qiān）秋。

 

      藍寶石應用最廣，成本較低，不過導（dǎo）電（diàn）性差（chà）、熱導率（lǜ）低;單晶矽襯（chèn）底尺（chǐ）寸（cùn）最（zuì）大、成本（běn）最低，但先天巨大的晶格失（shī）配與熱失配;碳化矽性能優（yōu）越，但襯（chèn）底本身的製備技術（shù）拉後腿（tuǐ）。

 

      根據 IHS 最新研究情報顯示（shì），在 2015 年全球 96.3%的 LED 生產均采用藍寶石襯底，預計（jì）到 2020 年該數據將會上（shàng）升（shēng）到 96.7%。2015 年（nián）主要得益於價格下跌，藍寶石應用市場才得以提振。

 

      3. 功率器件

 

      許多公司開始研發 SiCMOSFET，包括科銳(Cree)旗（qí）下 Wolfspeed(被 Infineon 收購)、羅姆（mǔ）、意法半導體、三菱和通用電氣。與此相反，進入 GaN 市場（chǎng）中的玩家較少，起步較（jiào）晚。

 

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