寬禁帶半導(dǎo)體新時代的來臨

第三代半導(dǎo)體中SiC(碳化硅)單晶和GaN(氮化鎵)單晶脫穎而出，最有發(fā)展前景。第三代半導(dǎo)體主要包括SiC單晶、GaN單晶、ZnO單晶和金剛石，其中又以SiC和GaN為最核心的材料。SiC擁有更高的熱導(dǎo)率和更成熟的技術(shù)，而GaN直接躍遷、高電子遷移率和飽和電子速率、成本更低的優(yōu)點則使其擁有更快的研發(fā)速度。兩者的不同優(yōu)勢決定了應(yīng)用范圍上的差異，在光電領(lǐng)域，GaN占絕對的主導(dǎo)地位，而在其他功率器件領(lǐng)域，SiC適用于1200V以上的高溫大電力領(lǐng)域，GaN則更適用900V以下的高頻小電力領(lǐng)域。目前來看，未來2-3年內(nèi)，兩者仍然難分高下。
寬禁帶半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V，未來有望全面取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體。(1)耐高溫使得寬禁帶半導(dǎo)體可以適用于工作溫度在650℃以上的軍用武器系統(tǒng)和航空航天設(shè)備中;(2)大功率在降低自身功耗的同時提高系統(tǒng)其它部件的能效，可節(jié)能20%-90%;(3)高頻特性可以極大的提高雷達(dá)效率，在維持覆蓋的前提下減少通信基站的數(shù)量，更可以實現(xiàn)更高速IC芯片的制造;(4)寬禁帶使得高亮度白光LED照明成為可能，同時可降低電力損耗47%;(5)抗輻射可以減少設(shè)備受到的干擾，延長航空航天設(shè)備的使用壽命的同時極大的降低重量。
晶圓制造工藝成熟度加快，新型功率器件研發(fā)加速，市場拐點或?qū)⒊霈F(xiàn)在2015年，市場規(guī)模將加速增長。預(yù)計晶圓制造工藝在未來2~3年會有大幅改進，產(chǎn)量的增加將使得成本快速下降，2015年SiC器件價格有望下降到2012年的一半左右，GaN器件的價格也可能進一步下降，IMS預(yù)計2015年SiC和GaN功率器件市場規(guī)模有望接近5億美元，2020年將達(dá)到20億美元，相比2012年提高20倍。其中，增長最快的應(yīng)用市場可能是UPS與電動汽車，工業(yè)驅(qū)動器、PV逆變器次之。
同美國等國家相比，我國寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)亟待突破。目前國內(nèi)擁有SiC晶圓生產(chǎn)能力的公司有天富熱電、山東天岳和瀚天天成;擁有GaN外延片生產(chǎn)能力的有方大集團和以三安光電、華燦光電為代表的LED芯片制造商。此外，株洲南車時代電氣擬建設(shè)4英寸碳化硅晶圓項目。一旦市場認(rèn)識到寬禁帶半導(dǎo)體的強大優(yōu)勢，這些公司在技術(shù)上的先發(fā)優(yōu)勢將使其在產(chǎn)業(yè)競爭中獲得有利地位。