許多人在談到第三代半導(dǎo)體時(shí)，眼里都是“后浪（第三代）強(qiáng)勁，怕是遲早要打死前浪（第一代、第二代）”。但其實(shí)，這是個(gè)誤會(huì)，正如蘿卜青菜各有所愛一樣，第一、第二、第三代都有它所適合的領(lǐng)域，在未來很長很長的時(shí)間內(nèi)都將共存。

半導(dǎo)體一代更比一代好？誤會(huì)！

國內(nèi)的第三代半導(dǎo)體材料的說法其實(shí)是依照人類歷史上由于新的半導(dǎo)體材料的大規(guī)模應(yīng)用帶來的三次產(chǎn)業(yè)革命，大量的新產(chǎn)業(yè)在此過程中出現(xiàn)。時(shí)至今日，三代半導(dǎo)體材料依然是各行其道，差異化發(fā)展。

第1代：硅、鍺的應(yīng)用，推動(dòng)了數(shù)字電路及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的興起，目前代表產(chǎn)品是硅；第2代：砷化鎵、磷化銦的應(yīng)用，推動(dòng)了通信等一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；第3代：氮化鎵、碳化硅等半導(dǎo)體材料的應(yīng)用，目前能看到的是直接推動(dòng)了半導(dǎo)體照明、顯示、電力汽車等一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

因?yàn)榉g的誤會(huì)，半導(dǎo)體以“代”做了分類木已成舟，其實(shí)，將如果將“代”改成第一類、第二類、第三類來表達(dá)三大類不同的半導(dǎo)體或許更為準(zhǔn)確，更能顯示“不同類別半導(dǎo)體，應(yīng)有范疇有所不同”的客觀區(qū)別。

后浪強(qiáng)勁，但硅不在乎！

盡管后浪很強(qiáng)勁，但在某些領(lǐng)域，“硅”的地位依然是不可撼動(dòng)的。其他半導(dǎo)體可以有更高的電子流動(dòng)速度、更寬的能帶，更高的光子發(fā)射能量，及其他看起來牛得不行的指數(shù)，但硅不在乎呀，因?yàn)闆]有任何一個(gè)半導(dǎo)體材料能在可靠性和整體性能上和硅對(duì)壘，因此在邏輯器件領(lǐng)域，Si依然無敵，唯有高度可靠的硅才能完成可靠的數(shù)據(jù)運(yùn)算任務(wù)。

只有完美，可靠的硅，才配得上CPU

那為啥第三代半導(dǎo)體更受寵？

既然前文說了，不同代的半導(dǎo)體材料其實(shí)是共存的，它們依然在不同領(lǐng)域各自發(fā)光發(fā)熱。那為啥第三代半導(dǎo)體貌似收到得的關(guān)注更多甚至是受到國家政府的大力扶持（據(jù)聞第三代半導(dǎo)體寫入十四五規(guī)劃已是大概率事件）？原因主要有如下四個(gè)：

第一，第三代半導(dǎo)體相比較第一代第二代半導(dǎo)體處于發(fā)展初期，國內(nèi)和國際巨頭基本處于同一起跑線。

第二，中國有第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用市場，可以根據(jù)市場定義產(chǎn)品，而不是像之前跟著國際巨頭做國產(chǎn)化替代。

第三，第三代半導(dǎo)體難點(diǎn)不在設(shè)備、不在邏輯電路設(shè)計(jì)，而在于工藝，工藝開發(fā)具有偶然性，相比較邏輯芯片難度降低。

第四，對(duì)設(shè)備要求相對(duì)較低，投資額小，國內(nèi)可以有很多玩家。在資本的推動(dòng)下，可以全國遍地開花，最終走出來幾家第三代半導(dǎo)體公司的概率很大。

備注：寫進(jìn)十四五規(guī)劃意味著，在2021到2025年的五年之內(nèi)，我們將舉全國之力，在教育、科研、開發(fā)、融資、應(yīng)用等等各個(gè)方面對(duì)第三代半導(dǎo)體發(fā)展提供廣泛支持。

目前國內(nèi)業(yè)界所說的第三代半導(dǎo)體材料，基本上相當(dāng)于國際上的寬禁帶半導(dǎo)體材料，是以碳化硅和氮化鎵為代表的一些先進(jìn)半導(dǎo)體材料的統(tǒng)稱。我們知道第三代半導(dǎo)體最大特點(diǎn)便是“寬禁帶（Wide Band-Gap，WBG）”。我們耳熟能詳?shù)墓璨牧系慕麕挾葹?/span>1.12電子伏特(eV)，而WBG半導(dǎo)體材料的禁帶寬度則達(dá)到了2.3eV及以上，高禁帶寬度帶來的好處是，器件能夠耐高壓、耐高溫，并且功率大、抗輻射、導(dǎo)電性能強(qiáng)、工作速度快、工作損耗低。

因此目前第三代半導(dǎo)體主要應(yīng)用方向有：光電子（發(fā)光）、電力電子（電能轉(zhuǎn)換）、微波射頻（通訊），其材料體系主要有III 族氮化物、碳化硅SiC、寬禁帶氧化物、金剛石。

① III 族氮化物：典型代表GaN，在軍事領(lǐng)域GaN基微波功率器用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、導(dǎo)彈和無線通信通；在民用商業(yè)領(lǐng)域用于基站、衛(wèi)星通信、有線電視、手機(jī)充電器等小家電。

引人群眾關(guān)注的氮化鎵快充頭、個(gè)子小但充電賊快

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②碳化硅SiC：民用領(lǐng)域電動(dòng)汽車、消費(fèi)電子、新能源、軌道交通等領(lǐng)域的直流、交流輸變電、溫度檢測(cè)控制等。例如三菱電機(jī)在逆變器用碳化硅開發(fā)出世界最小馬達(dá)。2015年豐田汽車用碳化硅MOSFET的凱美瑞試驗(yàn)車，逆變器開關(guān)損耗降低30%。當(dāng)然最引人注目的還是在其在新能源汽車及其配套領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，特斯拉為了追求行駛里程僅5%的提升，不惜貴幾倍的代價(jià)在業(yè)界率先全面采用碳化硅(SiC)替代IGBT。由于特斯拉的引導(dǎo)效應(yīng)，碳化硅作為功率器件在地球上的普及可能被提速了一倍。這不僅對(duì)電車產(chǎn)業(yè)，也對(duì)其它行業(yè)的節(jié)能產(chǎn)生了巨大而積極的推動(dòng)作用。

其實(shí)干好功率器件這一件事情就足以讓碳化硅受寵

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③寬禁帶氧化物，典型代表氧化鋅ZnO：用于壓力傳感器、記憶存儲(chǔ)器、柔性電子器件，目前技術(shù)和應(yīng)用還有很大發(fā)展空間，主要產(chǎn)品有發(fā)光二極管、激光、納米發(fā)電機(jī)、納米線晶體管、紫外探測(cè)器等。

氧化鋅

④金剛石：用于光電子、生物醫(yī)學(xué)、航空航天、核能等領(lǐng)域的大功率紅外激光器探測(cè)器，技術(shù)和應(yīng)用還在開發(fā)中。

金剛石真是個(gè)集美貌與智慧一身的好材料

金剛石半導(dǎo)體特性

編輯：Focus