第三代半導(dǎo)體材料又稱寬禁帶半導(dǎo)體材料,主要包括碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等。與第一、二代半導(dǎo)體材料相比,第三代半導(dǎo)體材料擁有高禁帶寬度、高飽和電子漂移速度、高熱導(dǎo)率、導(dǎo)通阻抗小、體積小等優(yōu)勢,特別適用于5G射頻和高壓功率器件。
據(jù)集邦咨詢(TrendForce)指出,因疫情趨緩所帶動5G基站射頻前端、手機(jī)充電器及車用能源等需求逐步提升,預(yù)期2021年GaN通訊及功率器件營收分別為6.8億和6100萬美元,年增30.8%及90.6%,SiC器件功率領(lǐng)域營收可達(dá)6.8億美元,年增32%。
圖:GaN、SiC功率器件市場規(guī)模
“十四五”規(guī)劃中把第三代半導(dǎo)體確定為我國集成電路產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。國家政策的支持下,加之行業(yè)應(yīng)用蓬勃發(fā)展,第三代半導(dǎo)體市場發(fā)展一片利好。
本路線精心挑選了11家第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的廠商,主要從SiC功率器件和GaN功率、射頻器件進(jìn)行介紹。
SiC功率器件
傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝在高電壓大電流應(yīng)用中常暴露很多缺陷,如第一代半導(dǎo)體材料硅,其硅基功率MOSFET和IGBT在電壓大于900V時,轉(zhuǎn)換效率、開關(guān)頻率和工作溫度受到限制,無法實現(xiàn)更大功率。碳化硅(SiC)材料恰恰解決了這個問題,因其禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、電子飽和遷移速率高和擊穿電場高等物理性能讓碳化硅器件在高溫、高壓、高頻和大功率電子器件領(lǐng)域中有著不可替代的優(yōu)勢。
圖:SiC 產(chǎn)品應(yīng)用市場預(yù)測
碳化硅材料作為第三代半導(dǎo)體材料之一,可用于制作功率器件,推動了功率半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展。據(jù)Yole預(yù)測,未來碳化硅器件的應(yīng)用將會更加廣泛,市場的發(fā)展也會更加迅速,主要應(yīng)用集中在5G基建、新能源汽車、充電樁、特高壓、城際高鐵交通等方面。
GaN射頻器件
與碳化硅同屬第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的氮化鎵,擁有與碳化硅相類似的寬禁帶性能優(yōu)勢,但在成本控制潛力上更勝一籌。相較于已經(jīng)發(fā)展十多年的碳化硅,氮化鎵功率器件無疑是后進(jìn)者。
與傳統(tǒng)Si材料相比,基于氮化鎵材料制備的功率器件具有功率密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢,能夠減輕電子電力元件的體積和重量,使電子系統(tǒng)更加微小、更加輕便,從而極大降低系統(tǒng)制作及生產(chǎn)成本。
同時,由于氮化鎵功率元件可以在硅基質(zhì)上成長,氮化鎵比碳化硅成本更加低廉,適用于中低壓和高頻領(lǐng)域。
圖:2019-2025年GaN RF器件市場預(yù)測
