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第三代半導(dǎo)體蓄勢(shì)：新材料進(jìn)入新領(lǐng)域

作者： 2021年07月23日來源：瀏覽量：

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在5G和新能源汽車等新市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，第三代半導(dǎo)體材料有望迎來加速發(fā)展。　　我國(guó)把大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，寫入“十四五”規(guī)劃，計(jì)劃在2021-2025年期間，在教育、科

　　在5G和新能源汽車等新市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，第三代半導(dǎo)體材料有望迎來加速發(fā)展。

　　我國(guó)把大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，寫入“十四五”規(guī)劃，計(jì)劃在2021-2025年期間，在教育、科研、開發(fā)、融資、應(yīng)用等各個(gè)方面，大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)獨(dú)立自主。“第三代半導(dǎo)體”成了熱度較高的明星詞，人們驚呼下一個(gè)風(fēng)口來了。

　　推陳出新代代優(yōu)化

　　顧名思義，半導(dǎo)體即常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，早在1833年電子學(xué)之父法拉第就發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體現(xiàn)象，從第一代到第三代，半導(dǎo)體的材料在更新?lián)Q代，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。

　　第一代半導(dǎo)體材料在20世紀(jì)50年代出現(xiàn)，以硅、鍺為代表，構(gòu)成了一切邏輯器件的基礎(chǔ)，主要用于分立器件和芯片制造。第二代半導(dǎo)體材料，發(fā)明并實(shí)用于20世紀(jì)80年代，主要是指化合物半導(dǎo)體材料，以砷化鎵、磷化銦為代表。第二代半導(dǎo)體在發(fā)電率上有所突破，因此用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，廣泛應(yīng)用在微波通信、光通信、衛(wèi)星通信、光電器件、激光器和衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域。

　　本世紀(jì)初期，第三代半導(dǎo)體的探索之路逐漸開始，涌現(xiàn)出了碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化鋁等具有寬禁帶特性的新興半導(dǎo)體材料，因此也被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。第三代半導(dǎo)體材料廣泛用于制作高溫、高頻、大功率和抗輻射電子器件，應(yīng)用于半導(dǎo)體照明、5G通信、衛(wèi)星通信、光通信、電力電子、航空航天等領(lǐng)域。

　　優(yōu)勢(shì)凸顯創(chuàng)新應(yīng)用

　　在5G和新能源汽車等新市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，第三代半導(dǎo)體材料有望迎來加速發(fā)展。硅基半導(dǎo)體的性能已無法完全滿足5G和新能源汽車的需求，因此，碳化硅和氮化鎵等第三代半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)被放大。

　　新能源汽車

　　在新能源汽車領(lǐng)域，碳化硅器件主要可以應(yīng)用于功率控制單元、逆變器、車載充電器等方面。碳化硅功率器件輕量化、高效率、耐高溫的特性能夠有效降低新能源汽車的成本。

　　以Model 3搭載的碳化硅功率器件為例，其輕量化的特性能夠節(jié)省電動(dòng)汽車內(nèi)部空間，高效率的特點(diǎn)有效降低了電動(dòng)汽車電池成本，同時(shí)材料耐高溫的優(yōu)勢(shì)降低了對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求，節(jié)約冷卻成本。

　　軌道交通

　　在軌道交通領(lǐng)域，碳化硅器件能大幅提升牽引變流裝置的效率，符合軌道交通綠色化、小型化、輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。近日完成調(diào)試的蘇州3號(hào)線0312號(hào)列車是國(guó)內(nèi)首個(gè)基于碳化硅變流技術(shù)的牽引系統(tǒng)項(xiàng)目，采用碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)，在提高系統(tǒng)效率的同時(shí)降低了噪聲，提升了乘客的舒適度。

　　快充

　　氮化鎵半導(dǎo)體具備導(dǎo)通電阻小、損耗低以及能源轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，由氮化鎵制成的充電器還可以做到快速充電。安卓端率先將氮化鎵技術(shù)導(dǎo)入到快充領(lǐng)域，隨著氮化鎵生產(chǎn)成本迅速下降，氮化鎵快充有望成為消費(fèi)電子領(lǐng)域下一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用。2020年2月，小米推出65W氮化鎵充電器，體積比小米筆記本充電器縮小48%，并且售價(jià)創(chuàng)下業(yè)內(nèi)新低。隨著氮化鎵半導(dǎo)體技術(shù)逐步提升，規(guī)模效應(yīng)會(huì)帶動(dòng)成本越來越低，未來氮化鎵充電器的滲透率會(huì)不斷提升。

　　2020年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展若干政策的通知》，為第三代半導(dǎo)體的發(fā)展提供政策支持。雖然在技術(shù)和企業(yè)規(guī)模上我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)與一些國(guó)家仍有差距，但是面對(duì)產(chǎn)業(yè)短板，我國(guó)已經(jīng)做好科學(xué)合理的規(guī)劃，在助力地方投資建設(shè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，加大人才培養(yǎng)，上下游協(xié)同，更好的培育第三代半導(dǎo)體。

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