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第三代半导体蓄势:新材料进入新领域

   日期:2021-07-27     浏览:905    评论:0    
核心提示:我国把大力支持发展第三代半导体产业,写入“十四五”规划,计划在2021-2025年期间,在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面,大力发展第三代半导体产业,以期实现产业独立自主。 “第三代半导体&rdqu
我国把大力支持发展第三代半导体产业,写入“十四五”规划,计划在2021-2025年期间,在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面,大力发展第三代半导体产业,以期实现产业独立自主。

“第三代半导体”成了热度较高的明星词,人们惊呼下一个风口来了。


   推陈出新 代代优化
   顾名思义,半导体即常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,早在1833年电子学之父法拉第就发现了半导体现象,从第一代到第三代,半导体的材料在更新换代,其应用领域也越来越广。


   第一代半导体材料在20世纪50年代出现,以硅、锗为代表,构成了一切逻辑器件的基础,主要用于分立器件和芯片制造。

第二代半导体材料,发明并实用于20世纪80年代,主要是指化合物半导体材料,以砷化镓、磷化铟为代表。

第二代半导体在发电率上有所突破,因此用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,广泛应用在微波通信、光通信、卫星通信、光电器件、激光器和卫星导航等领域。


   本世纪初期,第三代半导体的探索之路逐渐开始,涌现出了碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝等具有宽禁带特性的新兴半导体材料,因此也被称为宽禁带半导体材料。

第三代半导体材料广泛用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件,应用于半导体照明、5G通信、卫星通信、光通信、电力电子、航空航天等领域。


   优势凸显 创新应用
   在5G和新能源汽车等新市场需求的驱动下,第三代半导体材料有望迎来加速发展。

硅基半导体的性能已无法完全满足5G和新能源汽车的需求,因此,碳化硅和氮化镓等第三代半导体的优势被放大。


   新能源汽车
   在新能源汽车领域,碳化硅器件主要可以应用于功率控制单元、逆变器、车载充电器等方面。

碳化硅功率器件轻量化、高效率、耐高温的特性能够有效降低新能源汽车的成本。


   以Model 3搭载的碳化硅功率器件为例,其轻量化的特性能够节省电动汽车内部空间,高效率的特点有效降低了电动汽车电池成本,同时材料耐高温的优势降低了对冷却系统的要求,节约冷却成本。


   轨道交通
   在轨道交通领域,碳化硅器件能大幅提升牵引变流装置的效率,符合轨道交通绿色化、小型化、轻量化的发展趋势。

近日完成调试的苏州3号线0312号列车是国内首个基于碳化硅变流技术的牵引系统项目,采用碳化硅半导体技术,在提高系统效率的同时降低了噪声,提升了乘客的舒适度。


   快充
   氮化镓半导体具备导通电阻小、损耗低以及能源转换效率高等优点,由氮化镓制成的充电器还可以做到快速充电。

安卓端率先将氮化镓技术导入到快充领域,随着氮化镓生产成本迅速下降,氮化镓快充有望成为消费电子领域下一个杀手级应用。

2020年2月,小米推出65W氮化镓充电器,体积比小米笔记本充电器缩小48%,并且售价创下业内新低。

随着氮化镓半导体技术逐步提升,规模效应会带动成本越来越低,未来氮化镓充电器的渗透率会不断提升。


   2020年,国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》,为第三代半导体的发展提供政策支持。

虽然在技术和企业规模上我国半导体技术与一些国家仍有差距,但是面对产业短板,我国已经做好科学合理的规划,在助力地方投资建设半导体产业的同时,加大人才培养,上下游协同,更好的培育第三代半导体。


   (原标题:第三代半导体蓄势:新材料进军新领域)

 
 
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