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什么是第三代半导体？

2020-09-07 14:51:00

这几天，第三代半导体又双叒叕火了，火的程度不亚于年初小米推出氮化镓快充引起的热浪。

这次引起关注的主要原因是网上流传的一个消息，据业内权威人士透露，我国计划把大力支持发展第三代半导体产业，写入正在制定的“十四五”规划。

第三代半导体主要应用于功率器件和射频器件，对制程工艺要求没那么高，但又是一个严重落后的领域，如果在这方面能够实现逆转，

也是一种策略。

什么是第三代半导体？

从半导体的断代法来看，硅（Si）、锗（Ge）为第一代半导体，特别是 Si，构成了一切逻辑器件的基础，我们的 CPU、GPU 的算力，都离不开 Si 的功劳；砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为第二代半导体的代表，其中 GaAs 在射频功放器件中扮演重要角色，InP 在光通信器件中应用广泛……

而到了半导体的第三代，就涌现出了碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）等新兴材料。

所以就导致很多材料学的人诧异，啥，这都是半导体？金刚石咋就微微导电了？

首先需要从一个科普的问题入手，什么是半导体？

官方的给出的解释非常中庸，导电性介于导体和绝缘体之间的材料，称为半导体。

那么半导体到底是导呢？还是不导呢？还是微微导？这是个很容易误导人的解释，信还是不信，微微信。

其实半导体真实的意思应该这样理解：

在特定情况下导电，在特定情况下绝缘的材料。

换成这个角度，一切问题就豁然开朗。我们知道，数字世界的基础为二进制的 0 和 1，因此，半导体的导和不导，就构成了 0 和 1 的基础。

同样的，在电力电子领域，电力供应和传输的开和关，也可以用半导体的导和不导来实现，这就构成了功率半导体的基础。

而功率半导体，恰恰就是第三代半导体的主要用武之地。

在第三代半导体的代表中，碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）目前是技术较为成熟的材料（当然是相对而言，价格还是居高不下，也谈不上成熟）。

而氧化锌（ZnO）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）等就更落后了，还处在研究阶段，刚刚起步。科研人员也就只能用炉子制造一些零零碎碎的“彩钻”来玩玩，想要把金刚石制成大晶圆，还为时尚早。

业内人士对于第三代半导体也褒贬不一，有的人甘之如饴，有的人避之不及。

特别在投资领域，一些人在蹭热点，一些人在挖价值，一些人在随风起舞，一些人在避风驻足。

消极观点的原因就是，第三代半导体的性价比太低，而且相比之下应用空间比 Si 要小很多，功率半导体、射频器件，比起逻辑芯片来，市场规模小巫见大巫。

其实笔者想说的是，并不存在十全十美的半导体材料，被业界选中并广泛使用的，都是在各个性能指标之间的平衡。频率、功率、耐压、温度……就算各个指标表现优异，还得考虑制造工艺复杂性和成本。

第三代半导体的产业化，也需要在各个方面寻找到平衡。

一代、二代、三代半导体之间，并非简单的取代关系，行业足够大、需求足够多样，每一种材料都会找到适合的需求空间。

对于第三代半导体材料而言，一般射频器件主要采用 GaN，功率器件主要采用 SiC 和 GaN。

比如 5G 的毫米波射频，离不开 GaN；高功率器件需要基于 SiC 的二极管、MOS 管等；而前文提到的小米快充，则是采用的 GaN 功率器件。

既然第三代半导体的风口来了，那么各怀心思蹭热点的现象也层出不穷，比如那些搞个空壳公司各地签约几十、几百亿大项目，什么火做什么，什么难做什么。

比如那些搞 LED 的公司，也站出来炒 LED 概念。

半导体投资人士陈穰（化名）义正言辞地说，“那些做 LED 的，氮化镓就是瞎炒概念！”

氮化镓（GaN）在 LED 应用中早已不是什么新鲜事儿，其实 GaN 之所以被选出来作为半导体材料的初衷，为了蓝光 LED 而生。

而我们现在追捧的第三代半导体特性，宽禁带、高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等，属于适用于射频、功率等领域的特性要求，就是另外一回事了。
责任编辑：tzh