這幾天,第三代半導體又雙叒叕火了,火的程度不亞于年初小米推出氮化鎵快充引起的熱浪。
這次引起關注的主要原因是網上流傳的一個消息,據業內權威人士透露,我國計劃把大力支持發展第三代半導體產業,寫入正在制定的“十四五”規劃。
第三代半導體主要應用于功率器件和射頻器件,對制程工藝要求沒那么高,但又是一個嚴重落后的領域,如果在這方面能夠實現逆轉,
也是一種策略。
什么是第三代半導體?
從半導體的斷代法來看,硅(Si)、鍺(Ge)為第一代半導體,特別是 Si,構成了一切邏輯器件的基礎,我們的 CPU、GPU 的算力,都離不開 Si 的功勞;砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為第二代半導體的代表,其中 GaAs 在射頻功放器件中扮演重要角色,InP 在光通信器件中應用廣泛……
而到了半導體的第三代,就涌現出了碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石(C)、氮化鋁(AlN)等新興材料。
所以就導致很多材料學的人詫異,啥,這都是半導體?金剛石咋就微微導電了?
首先需要從一個科普的問題入手,什么是半導體?
官方的給出的解釋非常中庸,導電性介于導體和絕緣體之間的材料,稱為半導體。
那么半導體到底是導呢?還是不導呢?還是微微導?這是個很容易誤導人的解釋,信還是不信,微微信。
其實半導體真實的意思應該這樣理解:
在特定情況下導電,在特定情況下絕緣的材料。
換成這個角度,一切問題就豁然開朗。我們知道,數字世界的基礎為二進制的 0 和 1,因此,半導體的導和不導,就構成了 0 和 1 的基礎。
同樣的,在電力電子領域,電力供應和傳輸的開和關,也可以用半導體的導和不導來實現,這就構成了功率半導體的基礎。
而功率半導體,恰恰就是第三代半導體的主要用武之地。
在第三代半導體的代表中,碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)目前是技術較為成熟的材料(當然是相對而言,價格還是居高不下,也談不上成熟)。
而氧化鋅(ZnO)、金剛石(C)、氮化鋁(AlN)等就更落后了,還處在研究階段,剛剛起步。科研人員也就只能用爐子制造一些零零碎碎的“彩鉆”來玩玩,想要把金剛石制成大晶圓,還為時尚早。
業內人士對于第三代半導體也褒貶不一,有的人甘之如飴,有的人避之不及。
特別在投資領域,一些人在蹭熱點,一些人在挖價值,一些人在隨風起舞,一些人在避風駐足。
消極觀點的原因就是,第三代半導體的性價比太低,而且相比之下應用空間比 Si 要小很多,功率半導體、射頻器件,比起邏輯芯片來,市場規模小巫見大巫。
其實筆者想說的是,并不存在十全十美的半導體材料,被業界選中并廣泛使用的,都是在各個性能指標之間的平衡。頻率、功率、耐壓、溫度……就算各個指標表現優異,還得考慮制造工藝復雜性和成本。
第三代半導體的產業化,也需要在各個方面尋找到平衡。
一代、二代、三代半導體之間,并非簡單的取代關系,行業足夠大、需求足夠多樣,每一種材料都會找到適合的需求空間。
對于第三代半導體材料而言,一般射頻器件主要采用 GaN,功率器件主要采用 SiC 和 GaN。
比如 5G 的毫米波射頻,離不開 GaN;高功率器件需要基于 SiC 的二極管、MOS 管等;而前文提到的小米快充,則是采用的 GaN 功率器件。
既然第三代半導體的風口來了,那么各懷心思蹭熱點的現象也層出不窮,比如那些搞個空殼公司各地簽約幾十、幾百億大項目,什么火做什么,什么難做什么。
比如那些搞 LED 的公司,也站出來炒 LED 概念。
半導體投資人士陳穰(化名)義正言辭地說,“那些做 LED 的,氮化鎵就是瞎炒概念!”
氮化鎵(GaN)在 LED 應用中早已不是什么新鮮事兒,其實 GaN 之所以被選出來作為半導體材料的初衷,為了藍光 LED 而生。
而我們現在追捧的第三代半導體特性,寬禁帶、高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等,屬于適用于射頻、功率等領域的特性要求,就是另外一回事了。
責任編輯:tzh
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