到目前為止，半導體材料已經過了三個發展階段，雖然這個領域并沒有“后浪拍前浪，前浪死在沙灘上”的說法，不僅以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）為代表第三代半導體正處于高速發展的階段，就連硅（Si）和砷化鎵（GaAs）等第一、二代半導體材料也仍在產業中大規模應用。但不可否認，第三代半導體確實具有更多的性能優勢。

同為萬眾矚目的第三代半導體，SiC和GaN不可避免地會被人拿來做對比。兩者相似的地方在于它們都屬于寬禁帶半導體的成員——在固態物理學中，禁帶寬度是指從半導體或絕緣體的價帶頂端到傳導帶底端的能量差距。寬禁帶半導體內部電阻非常低，制成的元件與同類硅元件比較，效率可提升70%。低電阻可讓半導體運作時的產生的熱量降低，達到更高的功率與密度，寬禁帶半導體關斷時間極短，能夠在非常高的開關頻率下運作。

當然，SiC和GaN也有各自與眾不同的特性，主要可分為以下兩點：

性能對比

碳化硅和氮化鎵半導體通常也被稱為化合物半導體，因為他們是由選自周期表中的多個元素組成的。下圖比較了Si、SiC和GaN材料的性能，這些材料的屬性對電子器件的基本性能特點產生重大影響。

硅、碳化硅，氮化鎵三種材料關鍵特性對比

圖片來源：英飛凌

對于射頻和開關電源設備而言，顯然SiC和GaN兩種材料的性能都優于單質硅的，他們的高臨界場允許這些器件能在更高的電壓和更低的漏電流中操作。高電子遷移率和電子飽和速度允許更高的工作頻率。然而SiC電子遷移率高于Si，GaN的電子遷移率又高于SiC，這意味著氮化鎵應該最終成為極高頻率的最佳設備材料。

另外，高導熱系數意味著材料在更有效地傳導熱量方面占優勢。SiC比GaN和Si具有更高的熱導率，意味著SiC器件比GaN或Si從理論上可以在更高的功率密度下操作。當高功率是一個關鍵的理想設備特點時，高導熱系數結合寬帶隙、高臨界場的SiC半導體具有一定優勢。GaN相對較差的導熱性，使系統設計人員處理氮化鎵器件的熱量管理面臨一個挑戰。

應用對比

GaN和SiC在材料性能上各有優劣，因此在應用領域上各有側重和互補。

GaN：目前主要用于射頻器件、電力電子功率器件以及光電器件。GaN的商業化應用始于LED照明和激光器，其更多是基于GaN的直接帶隙特性和光譜特性，相關產業已經發展的非常成熟。射頻器件和功率器件是發揮GaN寬禁帶半導體特性的主要應用領域。由于5G基站會用到多發多收天線陣列方案，GaN射頻器件對于整個天線系統的功耗和尺寸都有巨大的改進，因此5G通信將是GaN射頻器件市場的主要增長驅動因素。

SiC：SiC能大大降低功率轉換中的開關損耗，因此具有更好的能源轉換效率，更容易實現模塊的小型化，更耐高溫，目前主要用于高溫、高頻、高效能的大功率元件，如智能電網、交通、新能源汽車、光伏、風電。其中，新能源汽車是SiC功率器件市場的主要增長驅動因素，主要的應用器件有功率控制單元(PCU)、逆變器，DC-DC轉換器、車載充電器等。

總結

這兩種材料可以制造許多有趣的設備。我們目前看到氮化鎵被用于低功率/電壓，高頻率的應用中，而碳化硅被用于高功率，高電壓開關電源的應用中。由于SiC已發展十多年了，GaN功率元件是個后進者，因此僅管GaN元件市場直起急追，但相較于前者，其市場仍遠遠落后。

不過現在只是第三代半導體產業發展的前期，隨著近年來全球對于都市基礎建設、新能源、節能環保等方面的政策支持，對SiC/GaN等高性能功率元件的需求勢必會增大。因此相信在未來，無論是SiC還是GaN一定都能扮演比現在更重要的角色并融入各自的商業市場中。

資料來源：

【趨勢大師】碳化矽、氮化鎵功率半導體市場快速成長，吳金榮。

工程師兩難之GaN還是SiC？到底該pick誰？by英飛凌

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