来源：雪球App，作者：浩瀚Mk，(https://www.zhucesz.com/) 什么是第三代半导体？ 第三代半导体是主要由碳化硅SiC和氮化镓GaN组成的宽带隙半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率和高功率容限的特性。 第一代、第二代、第三代半导体有什么区别？ 一、材料： 20世纪50年代发明和应用的第一代半导体材料，以硅(Si)和锗(Ge)为代表，尤其是硅，构成了所有逻辑器件的基础。我们CPU和GPU的计算能力都离不开Si。 20世纪80年代发明和应用的第二代半导体材料，主要是指化合物半导体材料，以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表。GaAs在射频功率放大器器件中起着重要的作用，而磷化铟广泛应用于光通信器件中. 本世纪初发明和应用的第三代半导体，出现了新的半导体材料，如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石(C)和氮化铝(AlN)的宽带隙(eg & gthttps://www.zhucesz.com/)的特性，因此它也成为一种宽带隙半导体材料。 二、带隙： 第一代半导体材料属于间接带隙和窄带隙；第二代半导体材料，直接带隙，窄带隙；第三代半导体材料，宽带隙，全组分直接带隙。与传统半导体材料相比，更宽的带隙允许材料在更高的温度、更高的电压和更快的开关频率下工作。 三。应用： 第一代半导体材料主要用于制造分立器件和芯片； 第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功率、发光的电子器件，也是制作高性能微波、毫米波器件的优良材料。它们广泛应用于微波通信、光通信、卫星通信、光电器件、激光、卫星导航等领域。 第三代半导体材料广泛用于制作高温、高频、大功率、抗辐射的电子器件，应用于半导体照明、5G通信、卫星通信、光通信、电力电子、航空航天等领域。第三代半导体材料被认为是当今电子工业的发展方向。 碳化硅(SiC)(第三代)具有高临界磁场、高电子饱和速度和高热导率的特点，使其器件适用于高频和高温应用。与硅器件(第一代)相比，可以显著降低开关损耗。 因此，SiC可以制造高电压、大功率的电力电子器件，如MOSFET、IGBT、SBD等。可用于智能电网、新能源汽车等行业。与硅元件(第一代)相比，氮化镓(GaN)(第三代)具有高临界磁场、高电子饱和速度和高电子迁移率的特点。它是超高频设备的绝佳选择，适用于5G通信、微波射频等领域的应用。 第三代半导体材料具有耐高温、大功率、高电压、高频、高辐射的特点。与第一代硅(Si)基半导体相比，第三代半导体材料可以减少50%以上的能量损失，同时减少75%以上的设备体积。 第三代半导体属于后摩尔定律的概念，对制造工艺和设备的要求相对较低。难点在于第三代半导体材料的制备，在设计上要有优势。 第三代半导体的现状 第三代半导体材料由于制造设备、制造工艺、成本等方面的劣势，多年来一直小范围应用，无法挑战硅基半导体的霸主地位。目前碳化硅(SiC)衬底技术比较简单，4寸量产，6寸研发；d在中国完成。 氮化镓(GaN)的制备技术仍然需要改进 此外，随着制造技术的进步，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)器件的成本不断降低，SiC和GaN的性价比优势将充分显现。第三代半导体的未来核心增长点SiC和GaN各有优势。 碳化硅(SiC) 常用于功率器件，适用于600V的高压场景，广泛应用于新能源汽车、充电桩、轨道交通、光伏、风电等电力电子领域。新能源和轨道交通复合增长较快，有望成为SiC市场快速增长的主要驱动力。预计到2023年，SiC功率器件的市场规模将超过15亿美元，年复合增长率为31%。 1.【新能源汽车】 在新能源汽车领域，碳化硅(SiC)器件主要可用于功率控制单元、逆变器、车载充电器等。SiC功率器件的轻质、高效、耐高温有助于有效降低新能源汽车系统的成本。 2018年，Model 3采用了生产的SiC逆变器，是第一家在主逆变器中集成所有SiC功率模块的车企。 以搭载在Model 3上的SiC功率器件为例，其轻量化的特性节省了电动车的内部空间，高效率的特性有效降低了电动车的电池成本，耐高温的特性降低了对冷却系统的要求，节省了冷却成本。 此外，近期上市的比亚迪韩EV还搭载了自主研发制造的高性能SiC-MOSFET控制模块。 2.[轨道交通] 在轨道交通领域，SiC器件主要应用于轨道交通牵引变流器，可以大幅提高牵引变流器的效率，符合轨道交通绿色化、小型化、轻量化的发展趋势。 近日调试完毕的苏州3号线0312列车，是国内首个基于SiC变流技术的牵引系统项目。采用完全的SiC半导体技术代替传统的IGBT技术，可以提高系统效率，降低噪声，提高乘客的舒适度。 氮化镓(GaN) 专注高频性能，广泛应用于基站、雷达、工业、消费电子； 1.[5G基站] GaN射频器件可以有效满足5G大功率、高通信频段的要求。5G基站和快充复合增速快，有望成为GaN市场快速增长的主要驱动力。基于GaN技术的基站比例将从50%提高到58%，这将带来大量的GaN需求。 预计到2022年，氮化镓(GaN)器件的市场规模将超过25亿美元，年复合增长率为17%。 2.[快速充电] GaN具有导通电阻低、损耗低、能量转换效率高的优点，用GaN制作的充电器还可以实现更小的体积。Android率先将GaN技术引入快充领域。随着GaN生产成本的快速下降，GaN快充有望成为消费电子领域的下一个杀手级应用。预计全球GaN功率半导体市场将从2018年的873万美元增长到2024年https://www.zhucesz.com/的亿美元，复合增长率为85%。 2019年9月，OPPO发布国内首款GaN充电器supervo oc https://www.zhucesz.com/，充电功率65W；2020年2月，小米推出65W GaN充电器，体积比小米笔记本充电器小48%，价格创下行业新低。 随着GaN技术的逐步完善，规模效应将推动成本越来越低，未来GaN充电器的普及率将继续提高。 中国三代半导体材料与世界的差距。 1.在以硅(Si)为代表的中国第一代半导体材料中，与世界的差距最大。 1.生产设备：几乎所有的晶圆代工厂都会使用美国公司的设备。2019年，全球前五大芯片设备制造商中有三家来自美国；而中国、中微半导体、上海微电子等国内优秀的芯片公司，仅在刻蚀设备、清洗设备、光刻机等部分子行业有所突破，设备国产化率不足20%。 2.应用材料：美国多年排名第一，中国高端光刻胶几乎依赖进口。世界五大硅片供应商的产能与https://www.zhucesz.com/,相当，美、日、韩等国的公司处于垄断地位。3.代工：2019年市场份额高达52%，韩国三星占18%左右，国内最好的芯片制造公司只占5%，而且在制造工艺上前两者有30年的差距。 2.以砷化镓(GaAs)为代表的我国第二代半导体材料已有突破迹象。 https://www.zhucesz.com/晶圆链接：根据Strategy Analytics的数据，2018年GaAs外延片制造商前四名分别是IQE(英国)、全新光电(中国台湾省VPEC)、住友化学(日本)和IntelliEPI(中国台湾省)，市场份额分别为54%、25%、13%和6%。CR4高达98%。 2.在砷化镓晶片制造(代工IDM):台湾省的代工是主流，Steady(台湾省)是主导公司，占砷化镓晶片代工市场的71%，其次是洪杰(台湾省)和玉环(美国GCS)，分别占9%和8%。 3.从砷化镓产品(以PA为基础)来看，全球竞争格局以欧美厂商为主，其中Skyworks()的市场份额最大，https://www.zhucesz.com/,紧随其后，Qorvo(沃克、RFMD和TriQuint的合并)的市场份额为28%，Avago(被安华收购)位居第三。这三家都是美国公司。 目前，欧美、日本和中国台湾省的厂商在砷化镓的三大产业链上处于领先地位：晶圆、晶圆代工和核心元器件。中国起步较晚，在产业链上的话语权不强。 但是，从三个方面来看，有突破的迹象。比如华为自己开发手机关键射频部件PA，然后转给OEM。 4.以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料，中国很有机会赶超。 由于第三代半导体材料和应用产业是在本世纪初发明和应用的，不同国家的研究和水平相差不远。国内业界和专家认为，第三代半导体材料成为我们摆脱集成电路(芯片)被动局面，实现芯片技术赶超的良机。 就像汽车工业一样，中国也在利用发展新能源汽车的模式向美国、欧洲、日本等汽车强国靠拢。并且在部分区域实现了弯道超车、变道的情况。三代半材料性能优异，未来将被广泛应用，有机会赶超。 来源：半导体在线，过滤器 (风险及免责声明：以上内容仅代表作者个人立场和观点，仅供用户参考，不保证所发布信息的完整性或准确性。任何分析、评论等具有趋势指导意义的文章，均为作者个人观点，与本账号无关。本账号郑重提醒各位用户，充分认识市场风险，谨慎决策。本账户不对用户的投资行为或由此产生的后果承担任何责任。投资者在做出任何投资决策之前，应结合自身条件考虑投资产品的风险。必要时请咨询专业投资顾问。)