第一代半導(dǎo)體取代了笨重的電子管,，帶來(lái)了以集成電路為核心的微電子工業(yè)的發(fā)展和整個(gè) IT 產(chǎn)業(yè)的飛躍,，廣泛應(yīng)用于信息處理和自動(dòng)控制等領(lǐng)域,。盡管硅擁有很多優(yōu)越的電子特性，但這些特性已經(jīng)快被用到極限,，科學(xué)家一直在尋找能替代硅的半導(dǎo)體材料，以制造未來(lái)的電子設(shè)備，隨后化合物半導(dǎo)體橫空出世,。

近年來(lái),，隨著功率半導(dǎo)體器件、工業(yè)半導(dǎo)體,、汽車(chē)電力電子等領(lǐng)域的空前發(fā)展,，第三代半導(dǎo)體材料越發(fā)凸顯其重要性與優(yōu)越性。目前發(fā)達(dá)國(guó)家都將第三代半導(dǎo)體材料及相關(guān)器件等的發(fā)展列為半導(dǎo)體重要新興技術(shù)領(lǐng)域,。

第三代半導(dǎo)體材料主要應(yīng)用領(lǐng)域

作為一類(lèi)新型寬禁帶半導(dǎo)體材料,，第三代半導(dǎo)體材料在許多應(yīng)用領(lǐng)域擁有前兩代半導(dǎo)體材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：如具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度,、高熱導(dǎo)率,、高電子密度、高遷移率等特點(diǎn),，可實(shí)現(xiàn)高壓,、高溫、高頻,、高抗輻射能力,，被譽(yù)為固態(tài)光源、電力電子,、微波射頻器件的“核芯”,，是光電子和微電子等產(chǎn)業(yè)的“新發(fā)動(dòng)機(jī)”。

此外,，第三代半導(dǎo)體材料還具有廣泛的基礎(chǔ)性和重要的引領(lǐng)性,。從目前第三代半導(dǎo)體材料和器件的研究來(lái)看，較為成熟的是氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）半導(dǎo)體材料,，也是最具有發(fā)展前景的兩種材料,。

從應(yīng)用范圍來(lái)說(shuō)，第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域還具有學(xué)科交叉性強(qiáng),、應(yīng)用領(lǐng)域廣,、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性大等特點(diǎn)。在半導(dǎo)體照明,、新一代移動(dòng)通信,、智能電網(wǎng)、高速軌道交通,、新能源汽車(chē),、消費(fèi)類(lèi)電子等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，是支撐信息,、能源,、交通,、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)新材料。

在巨大優(yōu)勢(shì)和光明前景的刺激下,，目前全球各國(guó)均在加大馬力布局第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域,，但我國(guó)在寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)度還比較緩慢，寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)亟待突破,。

不同化合物半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域

①GaAs 占大頭,，主要用于通訊領(lǐng)域，全球市場(chǎng)容量接近百億美元,，主要受益通信射頻芯片尤其是 PA 升級(jí)驅(qū)動(dòng),；

②GaN 大功率、高頻性能更出色,，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,，目前市場(chǎng)容量不到 10 億美元，隨著成本下降有望迎來(lái)廣泛應(yīng)用,；

③SiC 主要作為高功率半導(dǎo)體材料應(yīng)用于汽車(chē)以及工業(yè)電力電子,，在大功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

化合物半導(dǎo)體材料優(yōu)勢(shì)顯著

隨著半導(dǎo)體器件應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,，特別是特殊場(chǎng)合要求半導(dǎo)體能夠在高溫,、強(qiáng)輻射、大功率等環(huán)境下性能依然保持穩(wěn)定,，第一代和第二代半導(dǎo)體材料便無(wú)能為力,，于是第三代半導(dǎo)體材料。

第三代半導(dǎo)體主要包括氮化鎵（GaN）,、碳化硅（SiC）,、氧化鋅（ZnO）、金剛石,、氮化鋁（AlN）,。

與第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比,，第三代半導(dǎo)體材料具有高熱導(dǎo)率,、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高飽和電子漂移速率等優(yōu)點(diǎn),，可以滿(mǎn)足現(xiàn)代電子技術(shù)對(duì)高溫,、高功率、高壓,、高頻以及抗輻射等惡劣條件的新要求,，從其材料優(yōu)越性來(lái)看，頗具發(fā)展?jié)摿?，相信隨著研究的不斷深入,，其應(yīng)用前景將十分廣闊。

SOI 的一個(gè)特殊子集是藍(lán)寶石上硅工藝,，在該行業(yè)中通常稱(chēng)為 Ultra CMOS,。目前，Ultra CMOS 是在標(biāo)準(zhǔn) 6 英寸工藝設(shè)備上生產(chǎn)的,，8 英寸生產(chǎn)線(xiàn)亦已試制成功,。示范成品率可與其它 CMOS 工藝相媲美。

GaAs 生產(chǎn)方式和傳統(tǒng)的硅晶圓生產(chǎn)方式存在較大差異,，采用磊晶技術(shù)制造,，磊晶圓直徑只有 4－6 英寸，而傳統(tǒng)硅晶圓直徑為 12 英寸,，對(duì)技術(shù)和操作精度有較大提升,；此外，磊晶圓生產(chǎn)需專(zhuān)門(mén)設(shè)備,，這就使砷化鎵技術(shù)成本高于傳統(tǒng)硅基技術(shù),。磊晶目前有兩種，一種是化學(xué)的 MOCVD,，一種是物理的 MBE,。

GaN 則是在 GaAs 基礎(chǔ)上的再升級(jí)，性能更優(yōu)越,，適用于微電子領(lǐng)域和光電子領(lǐng)域,。在微電子領(lǐng)域主要為無(wú)線(xiàn)通訊、光通訊,、無(wú)線(xiàn)局域 網(wǎng),、汽車(chē)電子產(chǎn)品、軍事電子產(chǎn)品等方面,；光電子領(lǐng)域?yàn)樯漕l IC,，具體體現(xiàn)為 PA、LNA 等通信元件,。

有望全面取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體

從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看,，第一代半導(dǎo)體硅（Si），主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)運(yùn)算領(lǐng)域,，第二代半導(dǎo)體砷化鎵（GaAs）,，主要應(yīng)用在通信領(lǐng)域，兩者都有一定的局限性,。

第三代寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）,，以其高溫下的穩(wěn)定性、高效的光電轉(zhuǎn)化能力,、更低的能量損耗等絕對(duì)優(yōu)勢(shì),，可以被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域,，無(wú)論是消費(fèi)電子設(shè)備、照明,、新能源汽車(chē),、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),，還是導(dǎo)彈和衛(wèi)星,，都對(duì)這種高性能的半導(dǎo)體有著極大的期待，未來(lái)有望全面取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料,。

第三代半導(dǎo)體材料已展現(xiàn)出極其重要的戰(zhàn)略性應(yīng)用價(jià)值,，有望突破第一、二代半導(dǎo)體材料應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展瓶頸,，創(chuàng)新開(kāi)拓時(shí)代需求的新技術(shù)領(lǐng)域,，不僅在信息領(lǐng)域，而且進(jìn)入到能源領(lǐng)域發(fā)揮極為重要的作用,。

國(guó)內(nèi)化合物半導(dǎo)體需求放量

由于其具有禁帶寬,、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、飽和電子遷移率高,、熱導(dǎo)率大,、介電常數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車(chē),、軌道交通、智能電網(wǎng),、新一代移動(dòng)通信,、消費(fèi)類(lèi)電子等領(lǐng)域，被視為支撐能源,、交通,、信息、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù),，已成為美國(guó),、歐洲、日本半導(dǎo)體行業(yè)的重點(diǎn)研究方向,。

半導(dǎo)體技術(shù)在不斷提升,，端設(shè)備對(duì)于半導(dǎo)體器件性能、效率,、小型化要求的越來(lái)越高,。尋找硅（Si）以外新一代的半導(dǎo)體材料也隨之變得更加重要。在50多年前被廣泛用于LED產(chǎn)品的氮化鎵（GaN）,，再次走入大眾視野,。特別是隨著5G的即將到來(lái),，也進(jìn)一步推動(dòng)了以氮化鎵代表的第三代半導(dǎo)體材料的快速發(fā)展。

國(guó)際半導(dǎo)體企業(yè)決心將其優(yōu)勢(shì)擴(kuò)延至第三代化合物半導(dǎo)體,。中國(guó)作為全球最大的移動(dòng)通信市場(chǎng)和新能源汽車(chē)市場(chǎng),，要實(shí)現(xiàn)新興產(chǎn)業(yè)的自主化，就必須擺脫國(guó)外“芯片禁運(yùn)”的禁錮,，因此實(shí)現(xiàn)化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)本土化勢(shì)在必行。

隨著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)和政策的支持,，越來(lái)越多企業(yè)涉足這一領(lǐng)域,。較之海外以 IDM 為主，當(dāng)前國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商普遍選擇代工模式,，目前國(guó)內(nèi)已初步打造化合物半導(dǎo)體 PA“上游（晶圓）＋中游（設(shè)計(jì),、生產(chǎn)、封裝,、測(cè)試）＋ 下游（客戶(hù)）”產(chǎn)業(yè)鏈,。相比于 IDM，代工門(mén)檻更低,、擴(kuò)產(chǎn)相對(duì)容易且風(fēng)險(xiǎn)較小,。

結(jié)尾：

5G通訊意味著流量增長(zhǎng)、寬帶升級(jí)與頻率提高,，對(duì)于基站端與終端的應(yīng)用場(chǎng)景提出了全新挑戰(zhàn),，通訊組件與電子器件必須適應(yīng)更高頻、更高溫,、更高功率的環(huán)境,，因此，化合物半導(dǎo)體成為5G通信的關(guān)鍵技術(shù),。

不僅是5G通信,，新能源汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等諸多新興市場(chǎng)均對(duì)化合物半導(dǎo)體提出新需求,?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，第三代半導(dǎo)體材料是化合物半導(dǎo)體的新機(jī)遇,，也是其重要的組成部分和發(fā)揮性能的關(guān)鍵要素,。

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