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关于第三代半导体电力电子技术路线图带给我们的思考,中国,你准备好了吗?(上)
发布时间:2018-08-07
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第三代半导体图1_福斯特半导体

 

近日,有一份关于半导体电力电子技术路线图悄然出现在人们的眼球,局外人或许不懂得其中的奥秘与珍贵,但是作为圈里人,对这个《第三代半导体电力电子技术路线图》,却是给了我诸多感受。

 

这份路线图是由第三代半导体产业技术创新战略联盟组织国内外众多大学、科研院所、优势企业的知名院士、学者和专家,历时1年多共同编写而成。其围绕着电力电子方向,主要从衬底/外延/器件、封装/模块、SiC应用、GaN应用等四个方面展开论述,并提出了中国发展第三代半导体电力电子技术的路径建议以及对未来产业发展的预测。

 

——  半导体产业进入第三个阶段  ——

 

半导体产业发展至今经历了三个阶段,第一代半导体材料以硅(Si)为代表,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料和以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)等宽禁带为代表的第三代半导体材料。相较前两代产品,第三代半导体的性能优势非常显著且受到业内广泛好评。

 

以GaN、SiC为代表的第三代半导体材料最大的优点在于能够适应高压,高频和高温的极端环境,性能大幅提升。由于SiC和GaN的禁带宽度远大于Si和GaAs,相应的本征载流子浓度小于Si和GaAs,宽禁带半导体的最高工作温度要高于第一、第二代半导体材料。击穿场强和饱和热导率也远大于Si和GaAs。因此,它们是5G时代基站建设的理想材料。

 

———  电力电子应用  ——

 

当今,许多公司都在研发SiC MOSFET,领先企业包括美国科锐(Cree)旗下的Wolfspeed、德国的SiCrystal、日本的罗姆(ROHM)、新日铁等。而进入GaN市场中的玩家较少,起步也较晚。

 

SiC的电力电子器件市场在2016年正式形成,市场规模约在2.1亿~2.4亿美金之间。而据Yole最新预测,SiC市场规模在2021年将上涨到5.5亿美金,这期间的复合年均增长率预计将达19%。

 

全球已有超过30家公司在电力电子领域拥有SiC、GaN相关产品的生产、设计、制造和销售能力。2016年SiC无论在衬底材料、器件还是在应用方面,均有很大进展,已经开发出耐压水平超过20KV的IGBT样片。

 

——  各国的发展策略  ——

 

美、日、欧等国都在积极进行第三代半导体材料的战略部署,其中的重点是SiC。作为电力电子器件,SiC在低压领域如高端的白色家电、电动汽车等由于成本因素,逐渐失去了竞争力。但在高压领域,如高速列车、风力发电以及智能电网等,SiC具有不可替代性的优势。

 

美国等发达国家为了抢占第三代半导体技术的战略制高点,通过国家级创新中心、协同创新中心、联合研发等形式,将企业、高校、研究机构及相关政府部门等有机地联合在一起,实现第三代半导体技术的加速进步,引领、加速并抢占全球第三代半导体市场。

 

中国因为在LED方向上也已经赶上了国际最先进的水平,这也为第三代半导体在的技术研发和产业的应用打下了牢固的基础,这部分我们在下一部分再详细再谈。