隨著全球進入物聯(lián)網(wǎng)、5G、綠色能源和電動汽車時代，能夠充分展現(xiàn)高電壓、高溫和高頻能力、滿足當前主流應用需求的寬禁帶半導體高能量轉換效率半導體材料開始成為市場寵兒，開啟了第三代半導體的新紀元。

什么是第三代半導體和寬能隙

在半導體材料領域，第一代半導體是“硅”(Si)，第二代半導體是“砷化鎵”(GaAs)，第三代半導體(又稱“寬禁帶半導體”，WBG)是“碳化物”。硅(SiC)和氮化鎵(GaN)。

寬禁帶半導體中的“能隙”，用最通俗的話來說，代表“一個能隙”，意思是“使半導體從絕緣變?yōu)閷щ娝璧淖钚∧芰俊薄?/p>

第一代和第二代半導體的硅和砷化鎵是低能隙材料，其值分別為1.12 eV和1.43 eV。第三代半導體SiC和GaN的能隙分別達到3.2eV和3.4eV。因此，當遇到高溫、高壓、大電流時，與第一代、第二代相比，第三代半導體不會輕易從絕緣轉變?yōu)閷щ姡哂懈€(wěn)定的特性和更好的能量轉換。

第三代半導體的神話

隨著5G和電動汽車時代的到來，科技產(chǎn)品對高頻、高速計算、高速充電的需求越來越高。硅和砷化鎵的溫度、頻率和功率已經(jīng)達到極限，很難再提高功率和速度。一旦工作溫度超過100。前兩代產(chǎn)品更容易出現(xiàn)故障，因此無法在更惡劣的環(huán)境中使用。此外，全球也開始重視碳排放問題，因此高能效、低能耗的第三代半導體成為時代新寵。

KeepTops的第三代半導體在高頻下仍能保持優(yōu)異的性能和穩(wěn)定性，并具有開關速度快、體積小、散熱快等特點。模塊和冷卻系統(tǒng)的體積。很多人認為，第三代半導體和先進制造工藝一樣，都是從第一代和第二代半導體的技術中積累起來的，但事并非如此。從圖上看，這三代半導體實際上是并行的，各自發(fā)展自己的技術。由于中國、美國、歐盟都在積極發(fā)展第三代半導體，中國臺灣作為半導體產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵之一，勢必要跟上這股潮流。

氮化鎵

SiC和GaN各有各的優(yōu)勢和不同的發(fā)展領域

在了解前三代半導體的區(qū)別之后，我們接下來重點介紹第三代半導體—SiC和GaN的材料。兩種材料的應用領域略有不同。目前，KeepTops的GaN元器件通常用于電壓低于900V的領域，如充電器、底座、5G通信相關等高頻產(chǎn)品。SiC用于電壓大于1,200 V的電壓，如電動汽車相關應用。

碳化硅是由硅(Si)和碳(C)組成，具有很強的結合力，熱、化學和機械穩(wěn)定性好。KeepTops以SiC其低損耗、高功率的特點，適用于電動汽車、電動汽車充電基礎設施、太陽能和海上風力發(fā)電等綠色能源發(fā)電設備的高壓、大電流應用場合。

此外，SiC本身是一種“同質外延”技術，因此具有良好的質量和良好的元件可靠性。這也是電動車選擇使用它的主要原因。另外，它是一個垂直分量，所以功率密度很高。

如今，電動汽車的電池動力系統(tǒng)以200V—450V為主，高端車型將向800V方向發(fā)展，這將是碳化硅的主要市場。然而，SiC晶片的制造難度很大，用于晶體生長的源晶體要求很高，而且很難獲得。此外，晶體生長技術難度大，目前無法實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

GaN是生長在不同襯底如SiC或Si襯底上的橫向元件。這是一種“異質外延”技術。生產(chǎn)的GaN薄膜質量很差。雖然它可以用于快速充電等消費領域，但它在電動汽車中使用。還是業(yè)界存在一些疑問，這也是廠商們急于突破的方向。

KeepTos氮化鎵的應用領域包括高壓功率元件(Power)和高頻元件(RF)。電源經(jīng)常被用作電源轉換器和整流器，而常用的藍牙、Wi—Fi、GPS定位等都是射頻元件的應用。在襯底工藝方面，GaN襯底的生產(chǎn)成本相對較高，因此GaN元件都是以硅為基礎的。常見的GaN工藝技術應用，如上面提到的GaN射頻元件和功率GaN，都來自于GaN-on-Si襯底技術。至于GaN-on-SiC襯底技術，由于碳化硅襯底(SiC)的制造難度較大，該技術主要掌握在CREE、II-VI和ROHM等國際廠商手中。

第三代半導體雖然在性能方面有更好的表現(xiàn)，但其技術門檻更高。并不是所有的電子元件和技術應用都需要如此高的性能，因此第三代半導體不會完全取代以前的半導體。第二代被老一代替代后，原則上第三代將各自在不同領域發(fā)揮重要作用。基本上，第一代將集中于邏輯集成電路、存儲器集成電路、微元器件集成電路和用于計算機和消費電子產(chǎn)品的模擬集成電路，二代將聚焦移動通信領域射頻芯片，三代最大驅動力從5G、物聯(lián)網(wǎng)、綠色能源、電動汽車、衛(wèi)星通信和軍工來看，高頻射頻元器件和大功率功率功率半導體元器件是主要應用領域。其中，5G和電動汽車被認為是加速發(fā)展第三代半導體的最大動力。

審核編輯：湯梓紅