近年来，以碳化硅、氮化镓等宽禁带化合物为代表的第三代半导体材料引发全球瞩目，日前在广东省深圳市举办的中欧第三代半导体高峰论坛就证明了这一点。来自中国和欧洲从事碳化硅、氮化镓等第三代半导体技术研究的200多位知名专家学者和产业界人士汇聚一堂，探讨第三代半导体材料的前沿技术和发展趋势。

第三代半导体材料为何举世瞩目？

第三代半导体是以氮化镓、碳化硅、氮化铟、氮化铝为基础的III-V 族化合物半导体，由于其具有禁带宽、击穿电场强度高、饱和电子迁移率高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强等优点，可广泛应用于新能源汽车、轨道交通、智能电网、新一代移动通信、消费类电子等领域，被视为支撑能源、交通、信息、国防等产业发展的核心技术，已成为美国、欧洲、日本半导体行业的重点研究方向。

双雄之一：碳化硅

相对于硅(Si)，碳化硅(SiC)的优点很多：有10倍的电场强度，高3倍的热导率，宽3倍禁带宽度，高1倍的饱和漂移速度。因为这些特点，用SiC制作的器件可以用于极端的环境条件下。微波及高频和短波长器件是目前已经成熟的应用市场。42GHz频率的SiCMESFET用在军用相控阵雷达、通信广播系统中，用碳化硅作为衬底的高亮度蓝光LED是全彩色大面积显示屏的关键器件。但除以上谈到的以外，现阶段碳化硅元件最主要的应用市场，其实是电动车。

原因在于碳化硅元件可实现更轻巧的电源系统设计，不管是车身上的动力总成(Powertrain)系统，还是固定安装在路边或车库里的充电桩，导入碳化硅元件的进度都非常快。

对车载应用而言，设备的大小跟重量非常关键。若车上的逆变器(Inverter)、充电系统能做得越小巧，则电动车的电池续航力越高。这是电动车厂商之所以对碳化硅解决方案趋之若鹜的主要原因。

至于在充电桩部分，带动碳化硅元件需求最主要的动力来自快速充电。为了缩短电动车的充电时间，提高电动车的实用性，快速充电已成充电桩的标准功能。这个趋势使得充电桩的平均输出功率快速拉升，目前支持20kW、甚至25kW输出的电动车充电桩，已经开始出现在市场上。

日系半导体业者罗姆利用碳化硅组件成功缩小了Formula E电动赛车的逆变器尺寸

双雄之二：氮化镓

氮化镓(GaN)是氮和镓的化合物，作为时下新兴的半导体工艺技术，提供超越硅的多种优势。整体来说，目前氮化镓与碳化硅的应用分界点为600伏特。600伏特以上的电力电子应用是碳化硅元件的天下，200～600伏特则是氮化镓具有优势。因此当下氮化镓的主要应用市场是手机快充、电源产业。

近年来手机快充技术不断发展，已成为智能手机标配，而促进其普及的重要推手便是氮化镓组件。德州仪器(TI)电源管理应用经理萧进皇曾表示：“氮化镓材料具有低Qg、Qoss与零Qrr的特性，能为高频电源设计带来效率提升、体积缩小与提升功率密度的优势，因此在服务器、通讯电源及便携设备充电器等领域受到市场相当不错的回响，应用需求也越来越多。”

此外，无线电通信也非常需要高性能的氮化镓半导体组件。在去年年底举行的MACOM媒体见面会上，MACOM无线产品中心资深总监成钢曾表示，MACOM推出的第四代的氮化镓产品峰值效率达到70%，即是说如果让中国现在所用的4G基站均采用氮化镓而不是传统的LDMOS，按照6毛钱一度电，7x24小时运营来计算，其可为运营商一年节省23亿元电费，如果是效率更低的2G、3G成本将节约更多。

而对于正在落实中的5G通信，氮化镓技术同样起到了极大的推动作用。5G移动通信将从人与人通信拓展到万物互联，预计2025年全球将产生1000亿的连接，需求成长能力十分可观。但显然5G技术的门槛相对更高，不仅需要超带宽，更需要高速接入，低接入时延，低功耗和高可靠性以支持海量设备的互联。而氮化镓器件拥有更高的功率密度、更高效率和更低功耗，刚好能够满足5G通信对于半导体元器件性能的要求。

我国第三代半导体材料发展如何？

以碳化硅来说，目前全球碳化硅产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大，居于领导地位，占有全球碳化硅产量的70-80%;欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，在全球电力电子市场拥有强大的话语权;日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。

但与在第一代、第二代半导体材料及集成电路产业上的多年落后、很难追赶国际先进水平的形势不同，多位出席论坛的专家均表示，目前中国在第三代半导体材料研究上紧跟世界前沿，工程技术水平和国际先进水平差距不大，是为数不多的碳化硅材料衬底、材料外延产业化的国家。

会上，深圳青铜剑科技股份有限公司副总裁和巍巍表示，我国第三代半导体器件设计和制造工艺正向世界先进水平迈进，行业已迎来发展的春天。深圳市人大常委会副主任、深圳市科学技术协会主席蒋宇扬表示，广大科技企业与科技工作者要紧扣时代脉搏，进一步加大研发投入、加强国际合作，助力第三代半导体产业快速发展。

资料来源：经济日报

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