第三代半导体为何如此火热？

第三代半导体材料又称宽禁带半导体材料，主要包括碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等。与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料拥有高禁带宽度、高饱和电子漂移速度、高热导率、导通阻抗小、体积小等优势，适用于5G射频和高压功率器件。

文︱郭紫文

第三代半导体材料又称宽禁带半导体材料，主要包括碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等。与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料拥有高禁带宽度、高饱和电子漂移速度、高热导率、导通阻抗小、体积小等优势，特别适用于5G射频和高压功率器件。

据集邦咨询（TrendForce）指出，因疫情趋缓所带动5G基站射频前端、手机充电器及车用能源等需求逐步提升，预期2021年GaN通讯及功率器件营收分别为6．8亿和6100万美元，年增30．8％及90．6％，SiC器件功率领域营收可达6．8亿美元，年增32％。

图：GaN、SiC功率器件市场规模

“十四五”规划中把第三代半导体确定为我国集成电路产业的重要发展方向。国家政策的支持下，加之行业应用蓬勃发展，第三代半导体市场发展一片利好。

本路线精心挑选了11家第三代半导体领域的厂商，主要从SiC功率器件和GaN功率、射频器件进行介绍。

SiC功率器件

传统半导体工艺在高电压大电流应用中常暴露很多缺陷，如第一代半导体材料硅，其硅基功率MOSFET和IGBT在电压大于900V时，转换效率、开关频率和工作温度受到限制，无法实现更大功率。碳化硅（SiC）材料恰恰解决了这个问题，因其禁带宽度大、热导率高、电子饱和迁移速率高和击穿电场高等物理性能让碳化硅器件在高温、高压、高频和大功率电子器件领域中有着不可替代的优势。

图：SiC 产品应用市场预测

碳化硅材料作为第三代半导体材料之一，可用于制作功率器件，推动了功率半导体行业的迅速发展。据Yole预测，未来碳化硅器件的应用将会更加广泛，市场的发展也会更加迅速，主要应用集中在5G基建、新能源汽车、充电桩、特高压、城际高铁交通等方面。

GaN射频器件

与碳化硅同属第三代宽禁带半导体材料的氮化镓，拥有与碳化硅相类似的宽禁带性能优势，但在成本控制潜力上更胜一筹。相较于已经发展十多年的碳化硅，氮化镓功率器件无疑是后进者。

与传统Si材料相比，基于氮化镓材料制备的功率器件具有功率密度高、能量转换效率高等优势，能够减轻电子电力元件的体积和重量，使电子系统更加微小、更加轻便，从而极大降低系统制作及生产成本。

同时，由于氮化镓功率元件可以在硅基质上成长，氮化镓比碳化硅成本更加低廉，适用于中低压和高频领域。

图：2019－2025年GaN RF器件市场预测

氮化镓材料在射频器件和电力电子器件两个领域大放异彩。射频器件产品包括功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、射频开关器、单片微波集成芯片（MMIC）等，在5G基站、卫星、雷达和通信设备等领域应用广泛。据Yole预测，2019年到2025年GaN RF器件的应用市场复合增长率将会达到12％。氮化镓电力电子器件则更加适用于高频率、小体积、低成本、功率要求低的情况，主要应用方向集中在快充电源市场。