【材制｜視角】未來生活的鑰匙——第三代半導體
? 初原載于? 愛學習的? 青春材制
2021-10-08
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?????????猶記2020 年 9 月 4 日，一則 “我國將把大力發(fā)展第三代半導體產(chǎn)業(yè)寫入‘十四五’規(guī)劃”的重磅消息引爆證券市場，引起第三代半導體概念股集體沖高漲停，其場面之宏大令人嘆為觀止。
????????第三代半導體是如何工作的？為何它會突然躍入大眾眼簾并且“身價暴漲”？在現(xiàn)今中國芯片產(chǎn)業(yè)被美國強勢打壓的情形下，第三代半導體又會在這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭中起到什么決定性的作用？......
????????在研究這些問題之前，讓我們先從基層入手，聊聊“半導體究竟是什么”。
一、初探半導體
在我們的日常生活中，半導體的應用廣泛，幾乎處處可見。如發(fā)光二極管（如圖1），或者這樣的“熱敏電阻”（如圖2）。
????????能發(fā)光、變電阻的半導體是何方神圣?
????????答：半導體是指一種導電性可受控制，范圍可從絕緣體至導體之間的材料。
????????你可能會想:一個普通的材料而已，有什么好了解的？然而，今天要介紹的這位“嘉賓”，是一個以后很可能屢次出現(xiàn)在5G、新能源汽車、工業(yè)4.0領域前沿新聞的“新興紅人”。
????????雖然它名為第三代半導體，但與其大哥、二哥相比并不具有“后一代優(yōu)于前一代”的說法。需要強調(diào)的是，第三代半導體和第二代、第一代之間不是迭代關系，它們的應用場景有交叉，但不完全重合?！?/span>
????????我國采用的第三代半導體材料的說法是與人類歷史上的由半導體材料大規(guī)模應用帶來的三次產(chǎn)業(yè)革命相對應。
二.第三代半導體介紹
????????和第一代和第二代半導體材料相比，第三代半導體材料的特點在于具有更寬的禁帶寬度。
等等，啥是禁帶寬度？
實際上，被束縛的電子要成為自由電子或者空穴，從價帶躍遷到導帶獲得的最小能量值就是禁帶寬度。舉個栗子，就好比你從五樓下到一樓，所消耗的最小能量稱為“跳樓高度”。
第一代半導體于二十世紀五十年代，以硅、鍺為主要材料，主要用于大規(guī)模集成電路。由于高頻及無線通信領域的需要，第二代半導體于二十世紀九十年代出現(xiàn)磷化鎵，磷化銦,?砷化鎵，其電子遷移率高，禁帶寬度較大，很好的滿足了需求。隨著科技的發(fā)展，人類需要禁帶寬度更寬的半導體用于抗輻射，高頻，大功率電子器件，以SiC，GaN為代表的第三代半導體便應運而生。
三．組成材料及具體應用
1）氮化鎵
? 應用優(yōu)勢：體積小、高頻高功率、低能耗速度快。
2）碳化硅
????????碳化硅主要應用領域在電網(wǎng)、軌道交通、電動汽車及充電樁領域。 ?????????????????????????
????????最近很火的特斯拉model3采用了意法半導體的24個碳化硅MOSFET模塊，對比硅基的IGBT續(xù)航可以提升5-10%。
????????5G通信將是GaN射頻器件市場的主要增長驅(qū)動因素。GaN射頻器件對于整個天線系統(tǒng)的功耗和尺寸都有巨大的改進。
????????VR\AR的核心是VCSEL激光器，它也用到了氮化鎵。
????????華為麒麟芯片同樣也應用了第三代半導體技術。
四、發(fā)展前景
隨著第三代半導體的不斷發(fā)展，人工智能，無人駕駛，工業(yè)4.0將再創(chuàng)新高，人工智能更富人性，無人駕駛更加安全，工廠作業(yè)更加高效，物聯(lián)網(wǎng)將會在不久后實現(xiàn)，我們的生活將更加方便快捷。
????????2017年全球功率半導體市場規(guī)模為327億美元，預計到2022年達到426億美元。而在氮化鎵的應用領域，如果搭配碳化硅的襯底，性能會更優(yōu)異。
????????回想起開頭談到的新聞：資本市場也許少不了噱頭和泡沫，但我們始終相信，中國制造業(yè)不斷升級的目標不會改變。漫漫長路雖無法避免艱難險阻，但當?shù)谌雽w產(chǎn)業(yè)這種時代機遇到來之時，我們必須把握，這樣才能無限接近于成功。
參考文獻：
[1]雪球 龍虎虎《第三代半導體材料的王者，氮化鎵or碳化硅？》
[2]CSDN 《第一、二、三代半導體的區(qū)別在哪里？》
[3]百度百科《第一、二、三代半導體》
[4]有關圖片來源于網(wǎng)絡
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