中國粉體網訊  曾經“中流砥柱”的硅功率器件已日趨其材料發展的極限，難以滿足當今社會發展對于高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環境以及輕便小型化的新需求。以SiC為代表的第三代半導體材料憑借其優異屬性，已成為突破口，正在迅速崛起。

第三代半導體材料作為新興半導體材料，如GaN和SiC，與Si相比，均具備擊穿電壓高、寬禁帶、導熱率高、電子飽和速率高、載流子遷移率高等特點，因而被期待在光電子器件、電力電子器件等領域廣泛應用。

各種半導體材料的性能參數

第三代半導體材料的重要應用，是在各類半導體器件上的應用，主要以功率器件、微波器件為應用和發展方向。目前，很多領域都將硅二極管和MOSFET及IGBT（絕緣柵雙極晶體管）等晶體管用作功率元件，比如供電系統、電力機車、混合動力汽車、工廠內的生產設備、光伏發電系統的功率調節器、空調等白色家電、服務器及個人電腦等。由于GaN和SiC所具有的基本特性，使得這些領域所用的功率元件的材料逐步被GaN和SiC替代。

碳化硅功率器件市場預測（2010-2020）

有專家預測，第三代半導體功率器件，可能首先會從替換現有硅器件更有利的高附加值的應用開始普及，然后從高耐壓高輸出功率的應用開始，大范圍更新換代。

根據IHS IMS Research的報告顯示，在未來10年，受到電源、太陽光電（PV）逆變器以及工業電動機的需求驅動，新興的SiC和GaN功率半導體市場將以18%的速度穩步成長。預計在2022年以前，SiC和GaN功率元件的全球銷售額將從2012年的1.43億美元大幅增加到28億美元。

全球SiC/GaN功率器件市場趨勢

如今，SiC已被不少專業人士視為足以取代硅的可靠技術。大多數功率模組和電源逆變器制造商都將SiC納入技術開發藍圖中，特別是PV逆變器有望成為SiC的最佳應用。

根據SiC材料器件的優異性能，未來第三代半導體材料及器件將向超高壓、低成本應用方向發展。SiC作為取代Si的功率器件備受期待，在高耐壓領域尤其被看好。在600～6 000V耐壓領域，瞄準混合動力車及鐵道車輛用途的開發日益活躍。

第三代半導體材料的規模應用已經開始，SiC功率器件領域已經進入到Si、SiC、GaN 3種半導體材料并用的時代。過去，人們一直利用硅的加工性能良好的特點，借助精雕細琢的元件結構，提高功率器件的性能并擴大其應用。現在，利用第三代半導體材料，在提高能效、電源系統小型化、提高耐壓等方面，其性能已經達到了硅器件無法企及的高度。

對于器件制造廠商，根據市場應用需求及技術發展狀態，目前，有3種材料都在使用的廠商，也有集中于一種材料開拓用途的廠商。正如中國工程院院士屠海令所言：“半導體產業發展先后經歷了以硅為代表的第一代半導體材料，以砷化鎵為代表的第二代半導體材料和以碳化硅與氮化鎵為代表的第三代半導體材料。這三代半導體并不是完全的替代關系，在未來相當長的時期內它們還將并存，并在不同的應用領域發揮各自的作用、占據各自的市場份額。”

具體而言，在第三代半導體異軍突起的情勢下，硅基材料面臨哪些機遇和挑戰？敬請關注于2019年10月30-31日，由中國粉體網在江蘇徐州主辦的“2019全國石英大會”，屆時來自南京航空航天大學的傅仁利教授將會帶來題為《面向第三代半導體器件硅基材料面臨的機遇與挑戰》的精彩報告。

【專家簡介】

傅仁利，南京航空航天大學教授，長期從事材料科學與工程的教學與研究工作，在氧化鋁陶瓷基板，白光LED新型熒光材料及光譜調控、氮化鋁陶瓷粉末自蔓延燃燒合成、功率電子器件用基板材料和散熱技術以及電子封裝用高性能復合模塑料等方面進行了比較深入的研究工作，獲得省部級科技進步獎兩項，授權國家發明專利8項，實用新型專利1項。發表學術論文80余篇。擔任《復合材料學報》和《Materials and Design》通訊編委。

參考資料：

《搶占第三代半導體戰略制高點——訪中國工程院院士屠海令》，高科技與產業化

陳秀芳等，第3代半導體材料在5G通訊領域的發展與機遇，山東大學

柳濱等，第三代半導體材料應用及制造工藝概況，中國電子科技集團公司第四十五研究所

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