中美干了一次架，而此時此刻恰逢電動汽車、5G通訊、自動駕駛等概念的興起，讓第三代半導體材料（下文簡稱三代半）得到了廣泛的關注。對于第三代半導體之稱常常讓人感到疑惑，今天分享的帖子相信能讓你內心的疑惑少一點。

三代半原來是他給叫出來的

半導體材料類型及應用領域極為繁多，但卻并非所有的應用領域的半導體材料都是有“代”別，就拿貿易戰推到封口浪尖的數字信息處理芯片來說，在數字集成電路（CPU，內存，固體硬盤，DSP等） 領域，堅持使用大伙眼里的“一代半導體材料”：硅材料。

其實，第三代半導體是從射頻器件材料的角度對半導體材料的劃分。射頻器件專家們將硅材料視為第一代半導體、砷化鎵和磷化銦視為第二代半導體、氮化鎵和碳化硅視為第三代半導體。在這一領域，新一代的半導體材料較老一代的半導體材料在微波射頻領域擁有更大的功率密度、更高的截止頻率等優勢（因此，在特定的應用領域，半導體材料確實是一代比一代強的呢，哈哈哈！！！！！）。例如如老美在韓國部署的薩德雷達，就大量使用X波段的氮化鎵射頻器件。

因此，三代半其實一直是一個微波（射頻）領域的概念，大概是以訛傳訛，把多音字叫成了大家心里心里想要的字~~~~~~但今天我們還是認識了真正的它：第三代半導體。感謝三代半煉金術師Marth的精彩總結。

三代半的發家致富之道

在射頻應用有優勢的第三代半導體——碳化硅和氮化鎵材料，當應用在（電力電子）功率半導體器件時，也能給電源設備等系統帶來更高的效率和更大的功率密度。正因如此，“三代半”所帶來的影響祭奠了比第二代半導體更加深遠的地位。碳化硅和氮化鎵材料撬動了一個龐大的傳統市場——功率半導體市場，這哥應用市場是一個幾乎無所不在的電源管理應用領域。它包含幾乎所有設備的充放電適配器（如手機、電腦服務器、通信基站等）、工業電機驅動（如高鐵、自動化機械手臂、電動車等）、新能源并網與電力傳輸（如光伏逆變系統、超高壓柔性直流輸電系統）、以及軍工應用（如電磁炮、電磁彈射系統）。

三代半雙雄：碳化硅&氮化鎵

①碳化硅

碳化硅作為第三代半導體材料的典型代表，也是目前晶體生產技術和器件制造水平最成熟，應用最廣泛的寬禁帶半導體材料之一，目前在已經形成了全球的材料、器件和應用產業鏈。是高溫、高頻、抗輻射、大功率應用場合下極為理想的半導體材料。由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設備的能耗，因此碳化硅器件也被譽為帶動“新能源革命”的“綠色能源器件”。

早在1980年代，三代半的伯樂：Baliga使用這個BFM因數，預言了碳化硅材料功率器件將比硅材料具有更高的功率密度，在同樣的芯片大小和導通電阻，碳化硅器件的耐壓可以比硅器件高10倍（限于單極性器件）。2000年初，隨著碳化硅材料的生長和加工技術不斷發展，世界上終于出現了可以大面積使用的碳化硅襯底。

6英寸碳化硅外延片：SiC on SiC

2001年第一款商業化的碳化硅二極管器件從德國英飛凌公司誕生。從此以后，碳化硅功率器件的發展一發不可收拾。英飛凌的第一款商業化的碳化硅二極管，標志著碳化硅功率器件在可靠性、制造成本上都達到了工業應用的標準。這個里程碑標示著工業應用中，除了需要更低的成本，更有著對可靠性和壽命的嚴格要求----一般工業應用都要求>20年的壽命。這是普通消費電子2~3年換一次的電子產品（如手機）的可靠性不能比擬的。

特斯拉在Model 3高配車型中對碳化硅MOSFET的應用，是2018年功率半導體和碳化硅領域最引人注目的新聞之一。特斯拉的Model 3是第一個應用碳化硅（sic）功率元器件的電動車型，用的是來自意法半導體的650v sic mosfet。相比model s/x上用的igbt，sic mosfet能帶來5-8%逆變器效率提升，也就是從model s的82%逆變器效率提升到model3的90%，對續航提升顯著。也是除減重以外Model3能耗提升的第二大因素。特斯拉為了追求行駛里程僅5%的提升，不惜貴幾倍的代價在業界率先全面采用碳化硅(SiC)替代IGBT。由于特斯拉的引導效應，碳化硅作為功率器件在地球上的普及可能被提速了一倍。這不僅對電車產業，也對其它行業的節能產生了巨大而積極的推動作用。SiC功率器件其在新能源汽車及其配套領域的應用潛力很大呢。

據悉，碳化硅器件現在還是貴，所以只有高配的model3才會搭載

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功率器件戰斗機-碳化硅器件

②氮化鎵

氮化鎵一直是微波射頻領域備受追捧的新材料。氮化鎵的襯底材料很難生長，所以它主要通過在異質襯底上做外延生長得到。藍寶石是GaN最初使用的襯底材料，也是最成熟的材料，大部分光電應用的GaN器件都是通過這種襯底制造的。新興的兩種襯底是Si和SiC，即GaN-on-Si（硅基氮化鎵）和GaN-on-SiC（碳化硅基氮化鎵）。由于碳化硅與氮化鎵的晶格適配較小，氮化鎵材料很自然的可以在碳化硅襯底上生長出高質量的外延，但制備成本當然也是崗崗的。

被襯底及外延片傻傻搞不清的可以點擊

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GaN材料在LED和射頻領域都有得天獨厚的優勢。氮化鎵具有高的電離度，出色的擊穿能力、更高的電子密度和電子速度以及更高的工作溫度，且具有低導通損耗、高電流密度等優勢。通常用于微波射頻、電力電子、光電子三大領域。微波射頻包含了5G通信、雷達預警、衛星通訊等應用；電力電子方向包括了智能電網、高速軌道交通、新能源汽車、消費電子等應用；光電子方向包括了LED、激光器、光電探測器等應用。

時下最潮流的應用之一：GaN on SiC 5G 基站

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文章部分內容參考來源：

1、公眾號：三代半煉金術師，派恩杰半導體（杭州）有限公司，《第三代半導體正確打開方式指南》，作者：寬禁帶（第三代）半導體12年的科研者Marth。

編輯整理：ALPHA