目前，國(guó)家2030計(jì)劃和“十四五”國(guó)家研發(fā)計(jì)劃已明確第三代半導(dǎo)體是重要發(fā)展方向。在上周五(10月16日)，國(guó)星光電舉辦了2020第一屆國(guó)星之光論壇，而論壇的主角之一，就是第三代半導(dǎo)體。那么到底什么是第三代半導(dǎo)體呢?為什么說(shuō)第三代半導(dǎo)體有望成為國(guó)產(chǎn)替代希望?

　　第三代半導(dǎo)體也被稱為寬帶隙半導(dǎo)體，主要是以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的寬帶隙半導(dǎo)體材料，其帶隙寬度大于2.2eV，是5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)“新基建”產(chǎn)業(yè)的重要材料，同時(shí)也是世界各國(guó)半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

　　與以硅(Si)材料為代表的第一代半導(dǎo)體材料，和以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導(dǎo)體材料相比，以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料具備「五高」特性：高光效、高功率、高電壓、高頻率、高工作溫度。

　　Si作為集成電路最基礎(chǔ)的材料，構(gòu)筑了整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的最底層支撐。人類對(duì)Si性能的探索已經(jīng)非常成熟，然而一些固有的缺點(diǎn)卻無(wú)法逾越，如光學(xué)性能、高壓高頻性能等。與此同時(shí)第三代半導(dǎo)體以其恰好彌補(bǔ)Si的不足而逐步受到半導(dǎo)體行業(yè)青睞，成為繼Si之后最有前景的半導(dǎo)體材料。

　　第三代半導(dǎo)體材料主要可應(yīng)用于光電、電力電子、和微波射頻三大領(lǐng)域。從當(dāng)前來(lái)看，碳化硅目前主要是用在650V以上的高壓功率器件領(lǐng)域，而氮化鎵主要是用在650V以下的中低壓功率器件領(lǐng)域及微波射頻和光電領(lǐng)域。不過(guò)未來(lái)，氮化鎵也有機(jī)會(huì)進(jìn)一步往600～900V發(fā)展。

　　具體而言

　　光電方向 是截至目前應(yīng)用最為成熟的領(lǐng)域，已被驗(yàn)證是一場(chǎng)成功的技術(shù)革命。LED從無(wú)到有，快速發(fā)展，直至現(xiàn)在發(fā)展為千億美元的規(guī)模，是一個(gè)新材料開發(fā)推動(dòng)社會(huì)變革的典范。目前應(yīng)用于包括顯示、背光、照明等領(lǐng)域，其中Micro LED與UVC LED因仍然存在技術(shù)挑戰(zhàn)，且具備新的市場(chǎng)想象空間，被產(chǎn)業(yè)寄予厚望。

　　功率器件方向廣泛用于智能電網(wǎng)、新能源汽車、軌道交通、可再生能源開發(fā)、工業(yè)電機(jī)、數(shù)據(jù)中心、家用電器、移動(dòng)電子設(shè)備等國(guó)家經(jīng)濟(jì)與國(guó)民生活的方方面面，是工業(yè)體系中不可或缺的核心半導(dǎo)體產(chǎn)品。其中SiC 功率器件被認(rèn)為未來(lái)最大的應(yīng)用市場(chǎng)在新能源汽車，主要是功率控制單元(PCU)、逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器等方面;GaN功率器件因其高頻高效率的特點(diǎn)而在消費(fèi)電子充電器、新能源充電樁、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域有著較大的應(yīng)用潛力。

　　微波射頻方向包括汽車?yán)走_(dá)、衛(wèi)星通訊、5G基站、預(yù)警探測(cè)等應(yīng)用。相較于已經(jīng)發(fā)展十多年的SiC，GaN功率器件是后進(jìn)者，但它擁有類似SiC性能優(yōu)勢(shì)的寬禁帶材料，且擁有更大的成本控制潛力，目前是射頻器件最合適的材料，這在5G時(shí)代非常重要。GaN最大的拉動(dòng)力也被認(rèn)為是5G基站。

　　據(jù)Omdia《2020年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報(bào)告》[1]顯示，2020年底，全球SiC和GaN功率半導(dǎo)體的銷售收入預(yù)計(jì)將達(dá)到8.54億美元，以未來(lái)十年年均兩位數(shù)的增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)2029年將超過(guò)50億美元。

　　在未來(lái)十年，受到汽車、航天電子、電源、太陽(yáng)光電(PV)逆變器以及工業(yè)馬達(dá)的需求驅(qū)動(dòng)，以SiC和GaN為代表的新興的第三代功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)將以18%的速度穩(wěn)步成長(zhǎng)。預(yù)計(jì)在2022年以前，SiC和GaN功率元件的全球銷售額將從2012年的1.43億美元大幅增加到28億美元[2]。

　　可以說(shuō)，第三代半導(dǎo)體大勢(shì)所趨！

　　目前，我國(guó)在光電大部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)跑，而在功率器件及射頻器件方面的發(fā)展還處于跟跑和并跑階段，因此，我國(guó)對(duì)第三代半導(dǎo)體器件的研究極其迫切，需加快其產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　第三代半導(dǎo)體材料主要以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)為主，生產(chǎn)過(guò)程分為單晶生長(zhǎng)、外延層生長(zhǎng)及器件制造三大步驟，對(duì)應(yīng)的是產(chǎn)業(yè)鏈襯底、外延、器件與模組等大環(huán)節(jié)。

　　目前，在光電領(lǐng)域，國(guó)星光電在外延、芯片、封裝領(lǐng)域均有布局，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)LED封裝龍頭，且在目前仍然具備技術(shù)挑戰(zhàn)和市場(chǎng)想象空間的Micro LED與UVC LED領(lǐng)域中拔得頭籌。

　　而在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域，LED+第三代半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)-行家說(shuō)產(chǎn)業(yè)研究中心認(rèn)為：在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上，除了原本賽道上的玩家，擁有LED制造經(jīng)驗(yàn)、人才儲(chǔ)備以及資金實(shí)力的LED領(lǐng)軍企業(yè)，切入第三代半導(dǎo)體也具備一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。在LED產(chǎn)業(yè)工藝日趨成熟，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，提前布局未來(lái)前景開闊的藍(lán)海市場(chǎng)不失為極具前瞻性的戰(zhàn)略選擇。

　　而基于前瞻性的戰(zhàn)略布局與人才隊(duì)伍建設(shè)，國(guó)星光電期望在國(guó)家第三代半導(dǎo)體的發(fā)展中能添磚加瓦，創(chuàng)造新的輝煌。