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關于第三代半導體電力電子技術路線圖帶給我們的思考,中國,你準備好了嗎?(上)
發布時間:2018-08-07
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第三代半導體圖1_福斯特半導體

 

近日,有一份關于半導體電力電子技術路線圖悄然出現在人們的眼球,局外人或許不懂得其中的奧秘與珍貴,但是作為圈里人,對這個《第三代半導體電力電子技術路線圖》,卻是給了我諸多感受。

 

這份路線圖是由第三代半導體產業技術創新戰略聯盟組織國內外眾多大學、科研院所、優勢企業的知名院士、學者和專家,歷時1年多共同編寫而成。其圍繞著電力電子方向,主要從襯底/外延/器件、封裝/模塊、SiC應用、GaN應用等四個方面展開論述,并提出了中國發展第三代半導體電力電子技術的路徑建議以及對未來產業發展的預測。

 

——  半導體產業進入第三個階段  ——

 

半導體產業發展至今經歷了三個階段,第一代半導體材料以硅(Si)為代表,以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導體材料和以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)等寬禁帶為代表的第三代半導體材料。相較前兩代產品,第三代半導體的性能優勢非常顯著且受到業內廣泛好評。

 

以GaN、SiC為代表的第三代半導體材料最大的優點在于能夠適應高壓,高頻和高溫的極端環境,性能大幅提升。由于SiC和GaN的禁帶寬度遠大于Si和GaAs,相應的本征載流子濃度小于Si和GaAs,寬禁帶半導體的最高工作溫度要高于第一、第二代半導體材料。擊穿場強和飽和熱導率也遠大于Si和GaAs。因此,它們是5G時代基站建設的理想材料。

 

———  電力電子應用  ——

 

當今,許多公司都在研發SiC MOSFET,領先企業包括美國科銳(Cree)旗下的Wolfspeed、德國的SiCrystal、日本的羅姆(ROHM)、新日鐵等。而進入GaN市場中的玩家較少,起步也較晚。

 

SiC的電力電子器件市場在2016年正式形成,市場規模約在2.1億~2.4億美金之間。而據Yole最新預測,SiC市場規模在2021年將上漲到5.5億美金,這期間的復合年均增長率預計將達19%。

 

全球已有超過30家公司在電力電子領域擁有SiC、GaN相關產品的生產、設計、制造和銷售能力。2016年SiC無論在襯底材料、器件還是在應用方面,均有很大進展,已經開發出耐壓水平超過20KV的IGBT樣片。

 

——  各國的發展策略  ——

 

美、日、歐等國都在積極進行第三代半導體材料的戰略部署,其中的重點是SiC。作為電力電子器件,SiC在低壓領域如高端的白色家電、電動汽車等由于成本因素,逐漸失去了競爭力。但在高壓領域,如高速列車、風力發電以及智能電網等,SiC具有不可替代性的優勢。

 

美國等發達國家為了搶占第三代半導體技術的戰略制高點,通過國家級創新中心、協同創新中心、聯合研發等形式,將企業、高校、研究機構及相關政府部門等有機地聯合在一起,實現第三代半導體技術的加速進步,引領、加速并搶占全球第三代半導體市場。

 

中國因為在LED方向上也已經趕上了國際最先進的水平,這也為第三代半導體在的技術研發和產業的應用打下了牢固的基礎,這部分我們在下一部分再詳細再談。

 

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