什么是第三代半导体?
125 2023-04-03
从最初应用算起,半导体材料已经发展了三代,第一代是四五十年代开始以锗、硅为代表的IV族半导体材料逐步发展起来,推动人类进入电子时代晶体管收音机就是那个时代的产物,到了上个世纪六七十年代,III-V族半导体的发展开辟了光电和微波应用,与第一代半导体一起,将人类推进了信息时代。八十年代开始,以碳化硅SiC、氮化镓GaN为代表的第三代半导体材料的出现,开辟了人类资源和能源节约型社会的新发展,催生了新型照明、显示、光生物等等新的应用需求和产业。
三代半导体简称三代半(可不是3.5代哦)到底能干什么?
如果把我们所认知的半导体世界做一个简单分类的话目前可以分为逻辑类器件和功率器件。一个电子产品的核心部分有计算部分(比如CPU之类的)存储部分比如(内存、硬盘之类的)还有就是提供电力输送和控制的模块。
形象的比喻的话就硅器件做的CPU和存储就如同人的大脑,电源和电池就好比是人的心脏。而功率器件就好比是人的血液和神经系统。而三代半导体就是在这个领域在未来取代部分的硅器件为整个系统提供更加优良的解决方案的核心材料。
经过几十年的发展,硅材料已经接近完美晶体,对于硅材料的研究也非常透彻。基于硅材料上器件的设计和开发也经过了许多代的结构和工艺优化和更新,正在逐渐接近硅材料的极限,基于硅材料的器件性能提高的潜力愈来愈小。
以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体具备优异的材料物理特性,为进一步提升电力电子器件的性能提供了更大的空间。
详细应用领域
我们先介绍体系,三代半可以应用的领域可以分为射频器件和电力电子器件两类。说白了就是一个是搞微波(不是微博哦)通讯类的,一个搞供电模块的。我们按照这个分类给大家介绍几个明星应用:
(1)相控阵雷达
相控阵雷达中就大量应用了氮化镓的射频器件。军工领域对于三代半导体的应用层出不穷。包括氮化镓和碳化硅的功率器件,未来也会发挥重要作用。
(2)5G通讯
氮化镓承担5G通讯,美国Qorvo就是这个产业的先行者。另外,目前国内无论是华为、中兴这样的通讯企业这类的专业射频器件生产企业,可以预料在不久的未来,也会是5G通讯的重要生产企业。
(3)物联网
马云说过:未来互联网会消失,物联网会取而代之。反正物联网是一个未来的热点,正在向我们走来,这里面,将充斥着三代半导体的射频和功率器件。
(4)电动汽车
未来电动汽车的动力全要靠三代半导体的功率器件了,碳化硅、氮化镓都会在电动汽车里有很大的市场。仅功率器件一项,每辆车就会增加大约300美元的需求。
(5)机器人
未来的机器人必然需要节能、小型化、大功率、高反应速度的三代半器件。无论工业机器人、家用机器人、还是无人机。都孕育着巨大的市场机会。
(6)白色家电
虽然不是很高大上,但是白色家电的市场规模却不容忽视,未来随着智能家居技术的发展,白色家电和物联网互联网以及可穿戴设备的融合,使得这个行业充满了新的机会。
(7)互联网
终于说到互联网了,这个时代如果一个产品不能和互联网联系在一起似乎就是一个没有前途的产品。
(8)新能源
各种新能源逆变器和辅助设备
(9)高铁
央视报道的IGBT,号称高铁的中国芯。未来随着三代半导体技术的发展,硅的IGBT被替代的日子应该不远了。
总之,三代半导体器件如同建筑行业的钢筋水泥一样,遍布在这个电力电子产品充斥的社会的每一个角落。严格的讲,不是互联网改变了世界,而是半导体改变了世界近几十年的发展。但是这个产业的是否如同互联网一样光鲜亮丽呢?提到半导体产业,多数人都会表示:比较沉重。
这个行业的市场规模估计有也就几百亿美元吧,如果打“一亿漂十亿”的小麻将估计一晚上都支持不下来。但是如果按照产业拉动来算的话,未来大约会形成5000-10000亿美金的市场规模。简而言之,就是天花板很高,大家都有饭吃。目前,投入这个行业里的资金也就是多说也就十亿美金吧。投资规模还赶不上一个硅的12寸线。所以,这里是一个充满机会的蓝海,但是风浪也很大,没有有经验的水手,光有钱是不行的。
希望国内各位入局第三代半导体的厂商能够帮助国产半导体冲出一片新天地。