第三代（dài）半（bàn）導體零件和應用解析

      寬禁帶半導體零件(WBS)是自第一代元（yuán）素半導體材料(Si)和（hé）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（kuān）度大（dà）於 2eV，這類材料主要包括 SiC(碳化矽)、C-BN(立方氮化硼)、GaN(氮化镓、)AlN(氮化鋁)、ZnSe(硒化鋅)以及金剛石等。

 

      碳（tàn）化矽 SiC、氮（dàn）化镓（jiā） 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)的重要參數對比（bǐ），SiC 和 GaN 的禁帶寬度遠大於 Si 和 GaAs，相（xiàng）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（zuò）溫度要高於第一、第二代半導體材料。擊穿場強和飽（bǎo）和熱導率也遠大（dà）於 Si 和 GaAs。

 

      1. 第三代寬禁帶半導體應用

 

      在前沿研究領域，寬禁帶半導體還處於實驗（yàn）室研發階段。根據（jù）第三（sān）代半導（dǎo）體的發展情況（kuàng），其主要應用為半導體（tǐ）照明、電力電子（zǐ）器件、激光器（qì）和探測器、以及其他 4 個領域，每個（gè）領域產業成熟度各（gè）不相同。

      2. 半導體照明

 

      藍光 LED 在用襯底材料來（lái）劃分技術路線。GaN 基半導體，襯底材料的（de）選擇就隻剩下（xià）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（zǒng）的來說，三種材料各有千秋。

 

      藍寶石應用最廣，成本較低，不過（guò）導電性（xìng）差、熱導（dǎo）率（lǜ）低;單晶（jīng）矽（guī）襯底尺（chǐ）寸最大、成本最低，但先天巨大的晶格（gé）失配與熱失配（pèi）;碳化矽性能優越（yuè），但襯底本身的製（zhì）備技術拉後（hòu）腿。

 

      根據 IHS 最新研究情報顯示，在 2015 年全球 96.3%的 LED 生產（chǎn）均采用藍寶石襯底（dǐ），預計到 2020 年該數據將會上升到 96.7%。2015 年主要得益於（yú）價格下（xià）跌，藍寶石應用市（shì）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)旗下 Wolfspeed(被（bèi） Infineon 收購)、羅姆、意法半導體、三菱和通用（yòng）電氣。與此相反，進入 GaN 市場中（zhōng）的玩家較少，起步較晚。

 

      SiC 功率半導體（tǐ）零件市場(包括二極管和（hé）晶體管)規模約為 2 億美（měi）元，到明年，其市場規（guī）模預計將超過 5.5 億美元，這期間的複合（hé）年均增長率預計將（jiāng）達 19%。毫無懸念，消耗（hào）大（dà）量二極管的功率因素校正(PFC)電源市場，仍將是 SiC 功率半導體最主要（yào）的（de）應用（yòng）。