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碳化硅VS氮化镓,宽禁带半导体材料双雄能否带中国实现弯道超车

2019-02-07 03:29
来源: 与非网

微波器件

GaN高频大功率微波器件已开始用于军用雷达、智能武器和通信系统等方面。在未来,GaN微波器件有望用于4G~5G移动通讯基站等民用领域。市调公司Yole预测,2016~2020年GaN射频器件市场将扩大至目前的2倍,市场复合年增长率(CAGR)将达到4%;2020年末,市场规模将扩大至目前的2.5倍。GaN在国防领域的应用主要包括IED干扰器、军事通讯、雷达、电子对抗等。GaN将在越来越多的国防产品中得到应用,充分体现其在提高功率、缩小体积和简化设计方面的巨大优势。

激光器和探测器

在激光器和探测器应用领域,GaN激光器已经成功用于蓝光DVD,蓝光和绿色的激光将来巨大的市场空间在微型投影、激光3D投影等投影显示领域,蓝色激光器和绿光激光器产值约为2亿美元,如果技术瓶颈得到突破,潜在产值将达到500亿美元。2014年诺贝尔奖获得者中村修二认为下一代照明技术应该是基于GaN激光器的“激光照明”,有望将照明和显示融合发展。目前,只有国外的日本日亚公司(Nichia)、和德国的欧司朗(Osram)等公司能够提供商品化的GaN基激光器。

由于氮化镓优异的光电特性和耐辐射性能,还可以用作高能射线探测器。GaN基紫外探测器可用于导弹预警、卫星秘密通信、各种环境监测、化学生物探测等领域,例如核辐射探测器,X射线成像仪等,但尚未实现产业化。

半导体材料发展趋势

宽禁带半导体材料作为一类新型材料,具有独特的电、光、声等特性,其制备的器件具有优异的性能,在众多方面具有广阔的应用前景。它能够提高功率器件工作温度极限,使其在更恶劣的环境下工作;能够提高器件的功率和效率,提高装备性能;能够拓宽发光光谱,实现全彩显示。随着宽禁带技术的进步,材料工艺与器件工艺的逐步成熟,其重要性将逐渐显现,在高端领域将逐步取代第一代、第二代半导体材料,成为电子信息产业的主宰。

我国弯道超车的机会来了?

虽然我国宽禁带功率半导体创新发展的时机已经逐步成熟,处于重要窗口期。然而目前行业面临的困难仍然很多,一个产业的发展与两个方面有关:一个是技术层面,另一个重要问题就是产业的生态环境。

目前国内产业的创新链并没有打通,整体创新环境较差。从事宽禁带半导体研发的研究机构、企业单体规模小,资金投入有限,研发创新速度慢,成果转化困难。

然而在宽禁半导体材料方面却有比较乐观的一面,中镓半导体目前已建成国内首家专业的GaN衬底材料生产线,制造出厚度达1100微米的自支撑GaN衬底,并能够稳定生产。2018年2月初,中镓半导体氮化镓衬底量产技术获得重大突破,实现国内首创4英寸GaN自支撑衬底的试量产。

天域半导体是我国首家专业从事第三代半导体碳化硅外延片研发、生产和销售的高新技术企业。据悉,早在2010年,该公司就与中国科学院半导体所合作成立了“碳化硅技术研究院”。目前,天域半导体可提供6英寸SiC晶圆,以及各种单极、双极型SiC功率器件。

风华高科是一家专业从事新型元器件、电子材料、电子专用设备等电子信息基础产品的高科技上市公司。

第三代宽禁带半导体材料,可以被广泛应用在各个领域,且具备众多的优良性能,可突破第一、二代半导体材料的发展瓶颈,故被市场看好的同时,随着技术的发展有望全面取代第一、二代半导体材料。目前,美国、日本、欧洲在第三代半导体SiC、GaN、AlN等技术上拥有绝对的话语权。相比美、日,我国在第三半导体材料上的起步较晚,水平较低,但由于第三代半导体还有很大的发展空间,各国都处于发力阶段,因此被视作一次弯道超车的机会。

总结

我国展开SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比较晚,与国外相比水平比较低。但是随着国家战略层面支持力度的加大,且具有迫切的市场需求,因此我国将有望集中优势力量一举实现技术突破!
路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。或许是概括这一行业的最好判语了。

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