安森美|有望直线超车！进击的中国“第三代半导体” 半导体材料|新能源汽车

听了太多关于国产半导体行业被卡脖子、追赶、弯道超车的故事，当一个新兴半导体领域让国内半导体产业能同全球巨头们站在同一起跑线时，是否能让人高兴乃至兴奋呢？
注：“第三代半导体”并非准确描述，行文暂用只是为了理解方便，正文会有详解。

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碳化硅晶体，图片来源天科合达官网
振奋人心：有望超车的半导体新材料
在多个环节被卡脖子的半导体领域，有这样一个被称为“中国大陆半导体希望”的存在——“第三代半导体”！
众所周知，半导体材料是信息技术的核心基础材料，一代材料、一代技术、一代产业，半个多世纪来从基础技术层面支撑了信息技术翻天覆地的变化，推动了电子信息科技产业可持续蓬勃发展。
第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）半导体材料，兴起于二十世纪五十年代，被广泛地应用于消费电子、通信、光伏、军事以及航空航天等多个领域。目前，硅材料依然占据绝对主导地位，大多数的半导体器件及集成电路产品还是使用硅晶圆来制造，硅器件占到了全球销售的半导体产品的 95%以上。
第二代半导体材料是以砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）为主的化合物半导体，其主要被用于制作高频、高速以及大功率电子器件，主要应用于卫星通讯、移动通讯以及光通信等领域。
“第三代半导体”材料主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为化合物半导体。相对于差距较大的第一、第二代半导体，我国“第三代半导体”和国际巨头基本处于同一起跑线，加上中国有“第三代半导体”的应用市场，可以根据市场定义产品，而不是像之前跟着国际巨头做国产化替代，完全具备弯道甚至直线超车的可能！
技术优势明显：大势所趋的“第三代半导体”
如果说第1代半导体材料奠定了微电子产业的基础，第二代半导体材料奠定了信息产业的基础，那么“第三代半导体”材料将是提升新一代信息技术核心竞争力的重要支撑。
与前两半导体材料相比，“第三代半导体”材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射能力，满足现代电子技术对半导体材料提出的高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等新要求，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。

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图片来源，光大证券研究所
通过上图，我们可以清晰了解三代半导体材料在应用上的差异，而在具体电气性能原理方面，“第三代半导体”应用优势主要体现在以下两个方面——
1.三代半导体材料之间的主要区别是禁带宽度。现代物理学描述材料导电特性的主流理论是能带理论，能带理论认为晶体中电子的能级可划分为导带和价带，价带被电子填满且导带上无电子时，晶体不导电。当晶体受到外界能量激发（如高压），电子被激发到导带，晶体导电，此时晶体被击穿，器件失效，禁带宽度代表了器件的耐高压能力。“第三代半导体”的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁带宽度的近3倍，具有更强的耐高压、高功率能力。

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图片来源，CREE官网
2.“第三代半导体”材料能量密度更高。以氮化镓为例，其形成的HEMT器件结构中，其能量密度约为5-8W/mm，远高于硅基MOS器件和砷化镓射频器件的0.5-1W/mm的能量密度，器件可承受更高的功率和电压，在承受相同的功率和电压时，器件体积可变得更小。