中美干了一次架，而此時(shí)此刻恰逢電動(dòng)汽車、5G通訊、自動(dòng)駕駛等概念的興起，讓第三代半導(dǎo)體材料（下文簡(jiǎn)稱三代半）得到了廣泛的關(guān)注。對(duì)于第三代半導(dǎo)體之稱常常讓人感到疑惑，今天分享的帖子相信能讓你內(nèi)心的疑惑少一點(diǎn)。

三代半原來是他給叫出來的

半導(dǎo)體材料類型及應(yīng)用領(lǐng)域極為繁多，但卻并非所有的應(yīng)用領(lǐng)域的半導(dǎo)體材料都是有“代”別，就拿貿(mào)易戰(zhàn)推到封口浪尖的數(shù)字信息處理芯片來說，在數(shù)字集成電路（CPU，內(nèi)存，固體硬盤，DSP等） 領(lǐng)域，堅(jiān)持使用大伙眼里的“一代半導(dǎo)體材料”：硅材料。

其實(shí)，第三代半導(dǎo)體是從射頻器件材料的角度對(duì)半導(dǎo)體材料的劃分。射頻器件專家們將硅材料視為第一代半導(dǎo)體、砷化鎵和磷化銦視為第二代半導(dǎo)體、氮化鎵和碳化硅視為第三代半導(dǎo)體。在這一領(lǐng)域，新一代的半導(dǎo)體材料較老一代的半導(dǎo)體材料在微波射頻領(lǐng)域擁有更大的功率密度、更高的截止頻率等優(yōu)勢(shì)（因此，在特定的應(yīng)用領(lǐng)域，半導(dǎo)體材料確實(shí)是一代比一代強(qiáng)的呢，哈哈哈?。。。。。?。例如如老美在韓國(guó)部署的薩德雷達(dá)，就大量使用X波段的氮化鎵射頻器件。

因此，三代半其實(shí)一直是一個(gè)微波（射頻）領(lǐng)域的概念，大概是以訛傳訛，把多音字叫成了大家心里心里想要的字~~~~~~但今天我們還是認(rèn)識(shí)了真正的它：第三代半導(dǎo)體。感謝三代半煉金術(shù)師Marth的精彩總結(jié)。

三代半的發(fā)家致富之道

在射頻應(yīng)用有優(yōu)勢(shì)的第三代半導(dǎo)體——碳化硅和氮化鎵材料，當(dāng)應(yīng)用在（電力電子）功率半導(dǎo)體器件時(shí)，也能給電源設(shè)備等系統(tǒng)帶來更高的效率和更大的功率密度。正因如此，“三代半”所帶來的影響祭奠了比第二代半導(dǎo)體更加深遠(yuǎn)的地位。碳化硅和氮化鎵材料撬動(dòng)了一個(gè)龐大的傳統(tǒng)市場(chǎng)——功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，這哥應(yīng)用市場(chǎng)是一個(gè)幾乎無所不在的電源管理應(yīng)用領(lǐng)域。它包含幾乎所有設(shè)備的充放電適配器（如手機(jī)、電腦服務(wù)器、通信基站等）、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)（如高鐵、自動(dòng)化機(jī)械手臂、電動(dòng)車等）、新能源并網(wǎng)與電力傳輸（如光伏逆變系統(tǒng)、超高壓柔性直流輸電系統(tǒng)）、以及軍工應(yīng)用（如電磁炮、電磁彈射系統(tǒng)）。

三代半雙雄：碳化硅&氮化鎵

①碳化硅

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，也是目前晶體生產(chǎn)技術(shù)和器件制造水平最成熟，應(yīng)用最廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，目前在已經(jīng)形成了全球的材料、器件和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈。是高溫、高頻、抗輻射、大功率應(yīng)用場(chǎng)合下極為理想的半導(dǎo)體材料。由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設(shè)備的能耗，因此碳化硅器件也被譽(yù)為帶動(dòng)“新能源革命”的“綠色能源器件”。

早在1980年代，三代半的伯樂：Baliga使用這個(gè)BFM因數(shù)，預(yù)言了碳化硅材料功率器件將比硅材料具有更高的功率密度，在同樣的芯片大小和導(dǎo)通電阻，碳化硅器件的耐壓可以比硅器件高10倍（限于單極性器件）。2000年初，隨著碳化硅材料的生長(zhǎng)和加工技術(shù)不斷發(fā)展，世界上終于出現(xiàn)了可以大面積使用的碳化硅襯底。

6英寸碳化硅外延片：SiC on SiC

2001年第一款商業(yè)化的碳化硅二極管器件從德國(guó)英飛凌公司誕生。從此以后，碳化硅功率器件的發(fā)展一發(fā)不可收拾。英飛凌的第一款商業(yè)化的碳化硅二極管，標(biāo)志著碳化硅功率器件在可靠性、制造成本上都達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)里程碑標(biāo)示著工業(yè)應(yīng)用中，除了需要更低的成本，更有著對(duì)可靠性和壽命的嚴(yán)格要求----一般工業(yè)應(yīng)用都要求>20年的壽命。這是普通消費(fèi)電子2~3年換一次的電子產(chǎn)品（如手機(jī)）的可靠性不能比擬的。

特斯拉在Model 3高配車型中對(duì)碳化硅MOSFET的應(yīng)用，是2018年功率半導(dǎo)體和碳化硅領(lǐng)域最引人注目的新聞之一。特斯拉的Model 3是第一個(gè)應(yīng)用碳化硅（sic）功率元器件的電動(dòng)車型，用的是來自意法半導(dǎo)體的650v sic mosfet。相比model s/x上用的igbt，sic mosfet能帶來5-8%逆變器效率提升，也就是從model s的82%逆變器效率提升到model3的90%，對(duì)續(xù)航提升顯著。也是除減重以外Model3能耗提升的第二大因素。特斯拉為了追求行駛里程僅5%的提升，不惜貴幾倍的代價(jià)在業(yè)界率先全面采用碳化硅(SiC)替代IGBT。由于特斯拉的引導(dǎo)效應(yīng)，碳化硅作為功率器件在地球上的普及可能被提速了一倍。這不僅對(duì)電車產(chǎn)業(yè)，也對(duì)其它行業(yè)的節(jié)能產(chǎn)生了巨大而積極的推動(dòng)作用。SiC功率器件其在新能源汽車及其配套領(lǐng)域的應(yīng)用潛力很大呢。

據(jù)悉，碳化硅器件現(xiàn)在還是貴，所以只有高配的model3才會(huì)搭載

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功率器件戰(zhàn)斗機(jī)-碳化硅器件

②氮化鎵

氮化鎵一直是微波射頻領(lǐng)域備受追捧的新材料。氮化鎵的襯底材料很難生長(zhǎng)，所以它主要通過在異質(zhì)襯底上做外延生長(zhǎng)得到。藍(lán)寶石是GaN最初使用的襯底材料，也是最成熟的材料，大部分光電應(yīng)用的GaN器件都是通過這種襯底制造的。新興的兩種襯底是Si和SiC，即GaN-on-Si（硅基氮化鎵）和GaN-on-SiC（碳化硅基氮化鎵）。由于碳化硅與氮化鎵的晶格適配較小，氮化鎵材料很自然的可以在碳化硅襯底上生長(zhǎng)出高質(zhì)量的外延，但制備成本當(dāng)然也是崗崗的。

被襯底及外延片傻傻搞不清的可以點(diǎn)擊

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GaN材料在LED和射頻領(lǐng)域都有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。氮化鎵具有高的電離度，出色的擊穿能力、更高的電子密度和電子速度以及更高的工作溫度，且具有低導(dǎo)通損耗、高電流密度等優(yōu)勢(shì)。通常用于微波射頻、電力電子、光電子三大領(lǐng)域。微波射頻包含了5G通信、雷達(dá)預(yù)警、衛(wèi)星通訊等應(yīng)用；電力電子方向包括了智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費(fèi)電子等應(yīng)用；光電子方向包括了LED、激光器、光電探測(cè)器等應(yīng)用。

時(shí)下最潮流的應(yīng)用之一：GaN on SiC 5G 基站

時(shí)下最潮流的應(yīng)用之二：市場(chǎng)前景巨大GaN快充

65W可以同時(shí)滿足手機(jī)及電腦的充電需求

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文章部分內(nèi)容參考來源：

1、公眾號(hào)：三代半煉金術(shù)師，派恩杰半導(dǎo)體（杭州）有限公司，《第三代半導(dǎo)體正確打開方式指南》，作者：寬禁帶（第三代）半導(dǎo)體12年的科研者M(jìn)arth。

編輯整理：ALPHA