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第三代半导体是什么?

目前,市场火热的5G基站、新能源汽车和快充等都是第三代半导体的重要应用领域。
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       目前,市场火热的5G基站、新能源汽车和快充等都是第三代半导体的重要应用领域。

       第三代半导体概念

  第三代半导体主要是两种材料,分别是氮化镓(GaN)与碳化矽(SiC)。这两种材料的最大的特点就是宽能隙,而能隙越宽,就代表着其耐高频、高压、高温、高功率及高电流的性能也就越强,同时还具备高能源转换效率与低能耗的特性。这样的特点性能,恰好符合目前IoT设备连接、5G场景及电动车等最新应用的需求。其余材料包括氧化锌ZnO、金刚石、氮化铝AlN等的研究尚处于起步阶段。

  由于目前各国都在研发5G应用、loT智能设备以及电动车等技术和产品,所以这种宽能隙的材料自然就成为大家发展的重心。

  第三代半导体优势

  而第三代半导体相比于第一、二代半导体,其具有更高的禁带宽度、高击穿电压、电导率和热导率,在高温、高压、高功率和高频领域将替代前两代半导体材料。但氮化镓因缺乏大尺寸单晶,因此第三代半导体材料的主要形式为碳化硅基碳化硅外延器件、碳化硅基氮化镓外延器件,其中碳化硅应用更为广泛。

  第三代半导体材料本身具备高频、高效、节能等特性。相比第一代硅基半导体材料,其在高功率、高频高压高温场景下有明显优势——相同规格下,碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基的1/10,但导通电阻是后者的1/100。与硅基IGBT相比,碳化硅基MOSFET的总能量损耗可以降低70%。

  因而在新能源车、光伏、风电、5G通信等领域,第三代半导体都有着很大应用潜力。

  三代半导体各自的优势和应用领域

  第三代半导体并不是第一代和第二代半导体的升级,并不比前两代更加先进,三者其实是共存的关系,各有各的优势和应用领域:

  第一代半导体以硅材料为主,应用极为广泛,其主要细分领域包括了集成电路、光电子、分立器件、传感器;从昂贵的英伟达显卡、苹果M1芯片,到只有几分钱一个的二极管都属于第一代半导体;

  第二代半导体以砷化镓、锑化铟为代表,主要应用于移动通信、无线通信、光纤通信、LED、卫星导航等领域;

  第三代半导体以氮化镓、碳化硅为代表,主要会采用在高频率的射频元器件以及高功率的半导体元器件上,应用范围则比较广,包括5G、IoT、环保、电动车、卫星通讯及军事等领域。特别是5G和电动汽车,被视为第三代半导体的最大发展动力。

  从整体产值规模来看,第三代半导体目前还是一个小众市场,第二代、第三代半导体市场占比加起来不过 10%。

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