在半導體行業的發展進程中，人們通常把Si和Ge元素半導體稱為第一代電子材料，把GaAs、InP、InAs等化合物半導體稱為第二代半導體材料，而把Ⅲ族氮化物（主要包括GaN、相關化合物InN、AIN及其合金）、SiC、InSe、金剛石等寬帶隙的化合物半導體稱為第三代半導體材料。

圖1：半導體

半導體是一種介于導體與絕緣體之間的材料，我們生活的方方面面都離不開半導體技術，電器、燈光、手機、電腦、電子設備等都需要半導體材料制造，第三代半導體材料發展較好的為碳化硅（SIC）與氮化鎵（GaN），其中碳化硅的發展更早一些。

碳化硅晶體結構具有同質多型的特點，其基本結構是Si-C四面體結構。它是由四個Si原子形成的四面體包圍一個碳原子組成，按相同的方式一個Si原子也被四個碳原子的四面體包圍，屬于密堆積結構。

氮化鎵是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙的半導體，該化合物結構類似纖鋅礦，硬度很高。氮化鎵的能隙很寬，為3.4電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中。

我們來看看氮化鎵與碳化硅兩者間的關鍵特性有什么區別。

碳化硅與氮化鎵的關鍵特性對比：

圖2：半導體材料關鍵特性一覽

從上表可見，GaN提供高電子遷移率，具備出色的擊穿能力、更高的電子密度及速度。

雖然氮化鎵部分性能更好，但發展尚有解決難題

氮化鎵(GaN)半導體材料及器件的發展迅速，目前已經成為寬禁帶半導體材料中耀眼的新星，但是氮化鎵材料的發展尚有解決難題：一是如何獲得高質量、大尺寸的GaN籽晶，因為直接采用氨熱方法培育一個兩英寸的籽晶需要幾年時間；二是氮化鎵產業鏈尚未完全形成。

相較下，碳化硅在當前寬禁帶半導體材料中發展更為成熟，已經形成了全球的材料、器件和應用產業鏈。在第三代半導體材料中，二者均有著非常廣闊的應用前景。

第三代寬禁帶半導體的應用領域

第三代寬禁帶半導體可應用在半導體照明、電力電子器件、激光器和探測器、以及其他4個領域（見下圖3），每個領域產業成熟度各不相同。在前沿研究領域，寬禁帶半導體還處于實驗室研發階段。

圖3：第三代寬禁帶半導體材料應用領域

第三代半導體的發展現狀

目前，美國、日本、歐洲在第三代半導體技術上擁有絕對的話語權。相比美、日，我國在第三代半導體材料上的起步較晚，水平較低。隨著國家對第三代半導體材料的重視，近年來，我國半導體材料市場發展迅速，其中以碳化硅與氮化鎵為主的材料備受關注。2016年，我國啟動了“十三五”國家重點研發計劃“戰略性先進電子材料”重點專項的組織實施工作，第三代半導體材料與半導體照明作為重點專項中最重要的研究領域，得到了國家層面的重點支持。

第三代半導體技術逐步提升，市場逐漸開啟，政策全面加速，資本積極進入，企業加快布局，第三代半導體產業在中國迎來發展“元年”。

資料來源:

中國數字科技館，第三代半導體材料 - 氮化鎵半導體材料；

電子工程網《第三代半導體材料氮化鎵(GaN)技術與優勢詳解》2016-09-17 作者安娜PARKER；

《碳化硅與氮化鎵的優點與不足》作者：芯來厚道；

《從概念應用到收購事件，第三代寬禁帶半導體所有貓膩都在這》SITRI產業研究；

《第三代寬禁帶半導體材料及應用產業發展報告》源自CASA；

《第三代寬禁帶半導體材料，是我國彎道超車的機會》2018-06-11電子發燒友網工程師；

《中科風控：第三代半導體材料——碳化硅（SiC）研究分析》2017-08-16新三板+

粉體圈 作者：曦析