第一代半導(dǎo)體取代了笨重的電子管,，帶來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,，以制造未來的電子設(shè)備,，隨后化合物半導(dǎo)體橫空出世。

近年來,，隨著功率半導(dǎo)體器件,、工業(yè)半導(dǎo)體、汽車電力電子等領(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)用范圍來說,，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,、消費(fèi)類電子等領(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)需專門設(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)域主要為無線通訊,、光通訊、無線局域 網(wǎng),、汽車電子產(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,，無論是消費(fèi)電子設(shè)備,、照明、新能源汽車,、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,、軌道交通,、智能電網(wǎng)、新一代移動(dòng)通信,、消費(fèi)類電子等領(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,，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）”產(chǎn)業(yè)鏈,。相比于 IDM,，代工門檻更低、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,、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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