第三代半導體材料的典型代表有哪些
2022-03-28
進入21世紀以來，隨著摩爾定律的失效大限日益臨近，尋找半導體材料替代品的任務變得非常緊迫。在多位選手輪番登場后，有兩位脫穎而出，它們就是氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)——并稱為第三代半導體材料的雙雄。
博研認為相對于Si，SiC的優點很多：有10倍的電場強度，高3倍的熱導率，寬3倍禁帶寬度，高一倍的飽和漂移速度。
因為這些特點，用SiC制作的器件可以用于極端的環境條件下。微波及高頻和短波長器件是目前已經成熟的應用市場。42GHz頻率的SiC MESFET，用在了軍用相控陣雷達、通信廣播系統中，用SiC做為襯底的高亮度藍光LED則是全彩色大面積顯示屏的關鍵器件。
現在，SiC半導體材料正在大舉進入功率半導體領域。一些知名的半導體器件廠商，如ROHM，英飛凌，Cree，飛兆等都在開發自己的SiC功率器件。SiC的市場頗為被看好，根據預測，到2022年，其市場規模將達到40億美元，年平均復合增長率可達到45%。
說完了SiC，再來說說GaN。在上世紀90年代以前，因為缺乏合適的單晶沉底材料，而且位錯密度比較大，其發展緩慢，但進入90年代以后，其發展迅速，年均增長率達30%，已經成為大功率LED的關鍵性材料。
同SiC一樣，GaN也開始進軍功率器件市場。雖然，2012年的GaN市場上，IR和EPC公司是僅有的兩家器件供應商，但是到明年，可能會有多家公司推出自己的產品。如果這些廠家在2014年擴充產能，在2015年推出600V耐壓的GaN功率器件，整個市場的發展空間將得到極大地擴充。
GaN的起步較SiC為早，但是SiC的發展勢頭更快。在早期，兩者因應用領域不同，直接競爭的機會并不大。但隨著功率半導體市場向兩者打開，面對面競爭就不可避免了。工業、新能源領域已經成為兩者的戰場，而在汽車領域，因為價格原因，廠商雖愿意采用傳統的Si器件。不過，隨著GaN和SiC的快速發展，成本越來越接近Si器件，大規模登陸這個市場的時間應該不遠了。
現在，Si晶圓的主流尺寸已經達到300mm(12英寸)，但是SiC和GaN只能做到150mm(6英寸)，這個差別的彌補還是需要一段時間的。但是對于半導體材料界，投資者和大眾來說，出現了能挑戰傳統勢力的新貴，還是非常有意義的。在持續的關注和投入下，這兩者肯定能開出絢爛的花朵。
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