日前川痛，阿里巴巴達(dá)摩院預(yù)測(cè)了2021年科技趨勢(shì)绑改，其中位列第一的是以氮化鎵和碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體將迎來(lái)應(yīng)用大爆發(fā)蚜症。第三代半導(dǎo)體與前兩代有什么不同?為何這兩年會(huì)成為爆發(fā)的節(jié)點(diǎn)?第三代半導(dǎo)體之后，什么材料會(huì)再領(lǐng)風(fēng)騷?記者采訪(fǎng)了專(zhuān)家咆上。

禁帶寬度慢夸，是用來(lái)區(qū)分不同代際半導(dǎo)體的關(guān)鍵參數(shù)。

作為第三代半導(dǎo)體连欲，氮化鎵和碳化硅的禁帶寬度分別為3.39電子伏特和3.26電子伏特打且，較高的禁帶寬度非常適合高壓器件應(yīng)用宠录。氮化鎵電子飽和速度高，是硅的2.5倍帘战，是砷化鎵的2倍祸麸，非常適合做微波器件，比如手機(jī)內(nèi)的射頻前端放大器斑永、5G基站以及微波雷達(dá)椭斜。微波雷達(dá)并不限于應(yīng)用在航天航空和國(guó)防領(lǐng)域，將來(lái)在新能源汽車(chē)自動(dòng)駕駛里也有應(yīng)用潛力蛀埂，可利用它精確感知障礙物揣煤，指導(dǎo)自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整。

此外盾轮，氮化鎵還可用做功率開(kāi)關(guān)器件凉适，開(kāi)關(guān)速度越快，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)就可以做得更小糙箍，功耗也能降低渤愁。手機(jī)充電器里就有功率開(kāi)關(guān)器件，可以把220伏的交流電轉(zhuǎn)化為5伏直流電深夯，然后給手機(jī)充電抖格。“現(xiàn)在受到歡迎的小型快速充電器，就用了氮化鎵功率開(kāi)關(guān)器件咕晋，未來(lái)還有望用于無(wú)線(xiàn)充電器他挎。”

不過(guò)，氮化鎵也有局限捡需，需要在藍(lán)寶石办桨、硅、碳化硅等襯底上異質(zhì)外延生長(zhǎng)站辉。由于材料不同呢撞，熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)不匹配，會(huì)造成異質(zhì)外延材料缺陷高饰剥。這時(shí)候殊霞，碳化硅的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)出來(lái)了。碳化硅晶體可以在碳化硅襯底上同質(zhì)生長(zhǎng)寺癌，缺陷密度低雌褥，可以充分發(fā)揮碳化硅耐高壓特性，器件耐壓能力很容易達(dá)到1200伏—1700伏绅荒。碳化硅功率開(kāi)關(guān)器件適合高溫知祠、高壓、大功率應(yīng)用場(chǎng)景肝羊，未來(lái)將與“基于硅的絕緣柵雙極晶體管”形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)成甫，目前主要應(yīng)用在電動(dòng)車(chē)和充電樁。“碳化硅已經(jīng)用于特斯拉電動(dòng)車(chē)著正，將來(lái)也適用于電網(wǎng)惕衩、機(jī)車(chē)牽引以及航天航空領(lǐng)域。”

第三代半導(dǎo)體之前僅小范圍應(yīng)用侥镀，為何這兩年會(huì)成為爆發(fā)的節(jié)點(diǎn)?“其實(shí)我國(guó)的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)能力并不弱协超，比如，華為就自主研發(fā)了7納米麒麟芯片皇可。我國(guó)的集成電路行業(yè)‘短板’主要集中在原材料仔戈、設(shè)計(jì)軟件和制造設(shè)備上，所以才導(dǎo)致小尺寸硅集成電路加工受制于人拧廊。而第三代半導(dǎo)體，器件完全可以采用現(xiàn)有的大尺寸器件加工平臺(tái)完成晋修，例如吧碾，功率開(kāi)關(guān)器件墓卦，只需0.35微米—0.5微米加工工藝，制造線(xiàn)稍加改造調(diào)整即可落剪。第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用大爆發(fā)，也可以看作是‘彎道超車(chē)’忠怖，希望我們國(guó)家在這方面贏得時(shí)機(jī)，跑在前面凡泣。”專(zhuān)家稱(chēng)枉疼。據(jù)介紹，中車(chē)集團(tuán)和上海積塔半導(dǎo)體都在建設(shè)6英寸碳化硅生產(chǎn)線(xiàn)窟句。

第三代半導(dǎo)體之后，什么材料會(huì)再領(lǐng)風(fēng)騷?“絕緣體的禁帶寬度很大吟筷，很難通過(guò)摻雜使其導(dǎo)電。但近年來(lái)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展药阔，有些絕緣體也可以當(dāng)作半導(dǎo)體使用冲驶，因此被認(rèn)為是第3.5代半導(dǎo)體。”

比如译教，金剛石和氮化鋁嚣赤，它們的禁帶寬度分別為5.45電子伏特和6.2電子伏特公掰，非常適合于高溫、高輻射等極端環(huán)境下的功率開(kāi)關(guān)器件應(yīng)用违冲。“不過(guò)虏丹，要想合成單晶略荡、大尺寸的金剛石還非常困難庵佣，道路還很長(zhǎng)。”專(zhuān)家說(shuō)汛兜。