一文了解第三代半导体材料

随着低碳化和数字化进程加速，带来了万物互联、能源效率、未来出行等多重变革。在这个过程中，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两位半导体界的“流量明星”，以独特的优势脱颖而出。下面，一起了解以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体材料。

备受瞩目的第三代半导体材料

第三代半导体材料，是以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体材料，被认为是当今电子产业发展的新动力。

第三代半导体材料拥有一系列卓越的特性，具有更宽泛的禁带宽度、更高的击穿电场、出色的热导率、高电子饱和漂移速率及强大的抗辐射能力，是制造高温、高频、及抗辐射大功率电子器件的理想选择，目前第三代半导体材料在多个前沿领域得到广泛应用，例如5G基站建设、新能源汽车、智能电网以及快充技术等。

半导体材料的演化

第一代：硅与锗的辉煌

第一代半导体材料，以硅和锗为代表，属于间接带隙半导体，主要用于分立器件和芯片制造。

第二代：化合物半导体的崛起

第二代半导体材料，主要是化合物半导体，如砷化镓和锑化铟等，它们属于直接带隙半导体。这些材料主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，也是制作高性能微波、毫米波器件的优良材料，广泛应用在微波通信、光通信、卫星通信、光电器件、激光器和卫星导航等领域。

第三代：宽禁带半导体的突破

与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有诸多优点，例如碳化硅是制造高温、高频、大功率半导体器件的理想材料，其特点是在高温下仍然可以保持优良的电性能和出色的散热能力；氮化镓具有高禁带宽度、高临界场强、高热导率及良好的化学稳定性等特性，被认为是新一代功率和电力器件的理想材料。

三足鼎立：共存与互补

目前，我们正处于一个第一、二、三代半导体材料广泛共存的时代。第二代并没有完全取代第一代，因为每种材料都有其特定的应用领域和局限性。在实际应用中，我们常常采用兼容手段，将这三种材料的优势结合起来，以产出满足更高要求的产品。第三代宽禁带半导体材料凭借广泛的应用潜力和卓越的性能，有望突破前两代材料的发展瓶颈，开启半导体技术的新篇章。

半导体材料的未来趋势

尽管硅基半导体材料因其成熟技术和较低成本，目前依然占据市场的主导地位，但随着技术的进步和市场需求的演变，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两种第三代半导体材料正迎来它们的春天。

Yole的预测显示，全球SiC功率半导体市场将从2020年的8.88亿美元增长到2030年的175.77亿美元，年复合增长率达到34.79%。这也说明，尽管硅材料器件在未来仍将占据半导体市场的主导地位，预计市场渗透率超过80%，但第三代半导体材料的市场份额正逐年攀升，预计将在2024年超过10%。其中，SiC的市场渗透率有望接近10%，而GaN的渗透率将达到3%。

这一趋势反映了第三代半导体材料在性能上的显著优势，尤其是在高温、高频、大功率的应用场景中。随着技术的成熟和成本的降低，SiC和GaN器件的渗透率有望进一步提升，它们将在新能源汽车、5G通信、工业电子等领域发挥越来越重要的作用。因此，虽然硅材料将继续在半导体市场中扮演重要角色，但碳化硅和氮化镓的崛起不容忽视，它们正逐步扩大在半导体材料领域的版图。