第三代半导体器件在方案设计和工程师选型中越来越重要,不再是隔水观望或锦上添花的初期时代。如果说砷化镓(GaAs)器件在通讯和PA的应用主要在手机和通讯设备,仅对头部通讯设备制造有关系。那么碳化硅(SiC)进入电源、快充和汽车电子的迅猛势头,与方案商和中小设备制造商就有重大关系。我们梳理一次第三代半导体和选型要领。
半导体材料可分为单质半导体及化合物半导体两类,前者如硅(Si)、锗(Ge)等所形成的半导体,后者为砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等化合物形成。半导体在过去主要经历了三代变化,砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)半导体分别作为第二代和第三代半导体的代表,相比第一代半导体高频性能、高温性能优异很多,制造成本更为高昂,可谓是半导体中的新贵。
第三代化合物半导体材料中,碳化硅(SiC)与方案商和中小设备终端制造商关系最大,它主要作为高功率半导体材料应用于电源,汽车以及工业电力电子,在大功率转换应用中具有巨大的优势。而砷化镓(GaAs)目前占大头市场,是最成熟的应用市场,主要用于通讯领域,全球市场容量接近百亿美元,主要受益通信射频芯片尤其是PA升级驱动;氮化镓(GaN)大功率、高频性能更出色,主要应用于军事领域,目前市场容量不到10亿美元,随着成本下降有望迎来广泛应用。
碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)——并称为第三代半导体材料的双雄。
相对于Si,SiC的优点很多:有10倍的电场强度,高3倍的热导率,宽3倍禁带宽度,高1倍的饱和漂移速度。因为这些特点,用SiC制作的器件可以用于极端的环境条件下。微波及高频和短波长器件是目前已经成熟的应用市场。42GHz频率的SiC MESFET用在军用相控阵雷达、通信广播系统中,用SiC作为衬底的高亮度蓝光LED是全彩色大面积显示屏的关键器件。
氮化镓(GaN、Galliumnitride)是氮和镓的化合物,此化合物结构类似纤锌矿,硬度很高。作为时下新兴的半导体工艺技术,提供超越硅的多种优势。与硅器件相比,GaN在电源转换效率和功率密度上实现了性能的飞跃。
第三代半导体中,SiC 与 GaN 相比较,前者相对 GaN 发展更早一些,技术成熟度也更高一些;两者有一个很大的区别是热导率,这使得在高功率应用中,SiC占据统治地位;同时由于GaN具有更高的电子迁移率,因而能够比SiC 或Si 具有更高的开关速度,在高频率应用领域,GaN具备优势。
GaN和SiC在材料性能上各有优劣,因此在应用领域上各有侧重和互补。如GaN的高频Baliga优值显著高于SiC,因此GaN的优势在高频小电力领域,集中在1000V以下,例如通信基站、毫米波等。SiC的Keye优值显著高于GaN,因此SiC的优势在高温和1200V以上的大电力领域,包括电力、高铁、电动车、工业电机等。在中低频、中低功率领域,GaN和SiC都可以应用,与传统Si基器件竞争。
GaN的应用优势:体积小、高频高功率、低能耗速度快;5G通信将是GaN射频器件市场的主要增长驱动因素。
第三代半导体适应更多应用场景。硅基半导体具有耐高温、抗辐射性能好、制作方便、稳定性好。可靠度高等特点,使得99%以上集成电路都是以硅为材料制作的。但是硅基半导体不适合在高频、高功率领域使用。2G、3G 和 4G等时代PA主要材料是 GaAs,但是进入5G时代以后,主要材料是GaN。5G的频率较高,其跳跃式的反射特性使其传输距离较短。由于毫米波对于功率的要求非常高,而GaN具有体积小功率大的特性,是目前最适合5G时代的PA材料。SiC和GaN等第三代半导体将更能适应未来的应用需求。
SiC功率器件的主要应用:智能电网、交通、新能源汽车、光伏、风电;新能源汽车是SiC功率器件市场的主要增长驱动因素。目前SiC器件在新能源车上应用主要是功率控制单元(PCU)、逆变器,DC-DC转换器、车载充电器等方面。iC能大大降低功率转换中的开关损耗,因此具有更好的能源转换效率,更容易实现模块的小型化,更耐高温。
总结:
在应用升级和市场驱动的双重带动下,第三代半导体产业将迎来发展热潮。把握“新基建”为第三代半导体材料带来的新机遇,快充,5G基建、新能源汽车和充电桩、特高压及轨道交通四大关键领域,将会给第三代半导体带来更大的市场空间。
说明:本文来源网络;文中观点仅供分享交流,不代表本***立场,转载请注明出处,如涉及版权等问题,请您告知,我们将及时处理。
来源:电力电子技术与新能源
PHP网站源码南山设计网站大运关键词按天扣费爱联网站关键词优化光明网站优化按天扣费福田网络广告推广福田网站设计石岩营销网站罗湖标王松岗seo丹竹头网站设计模板大运设计网站福田企业网站设计福田网站开发爱联企业网站改版惠州网络广告推广西乡企业网站改版松岗企业网站制作观澜网站优化按天扣费龙华品牌网站设计龙华网站优化按天收费横岗关键词排名包年推广盐田网站开发丹竹头网络广告推广盐田网站优化按天扣费龙岗关键词排名宝安营销网站南联企业网站建设惠州百度网站优化丹竹头seo南澳企业网站设计歼20紧急升空逼退外机英媒称团队夜以继日筹划王妃复出草木蔓发 春山在望成都发生巨响 当地回应60岁老人炒菠菜未焯水致肾病恶化男子涉嫌走私被判11年却一天牢没坐劳斯莱斯右转逼停直行车网传落水者说“没让你救”系谣言广东通报13岁男孩性侵女童不予立案贵州小伙回应在美国卖三蹦子火了淀粉肠小王子日销售额涨超10倍有个姐真把千机伞做出来了近3万元金手镯仅含足金十克呼北高速交通事故已致14人死亡杨洋拄拐现身医院国产伟哥去年销售近13亿男子给前妻转账 现任妻子起诉要回新基金只募集到26元还是员工自购男孩疑遭霸凌 家长讨说法被踢出群充个话费竟沦为间接洗钱工具新的一天从800个哈欠开始单亲妈妈陷入热恋 14岁儿子报警#春分立蛋大挑战#中国投资客涌入日本东京买房两大学生合买彩票中奖一人不认账新加坡主帅:唯一目标击败中国队月嫂回应掌掴婴儿是在赶虫子19岁小伙救下5人后溺亡 多方发声清明节放假3天调休1天张家界的山上“长”满了韩国人?开封王婆为何火了主播靠辱骂母亲走红被批捕封号代拍被何赛飞拿着魔杖追着打阿根廷将发行1万与2万面值的纸币库克现身上海为江西彩礼“减负”的“试婚人”因自嘲式简历走红的教授更新简介殡仪馆花卉高于市场价3倍还重复用网友称在豆瓣酱里吃出老鼠头315晚会后胖东来又人满为患了网友建议重庆地铁不准乘客携带菜筐特朗普谈“凯特王妃P图照”罗斯否认插足凯特王妃婚姻青海通报栏杆断裂小学生跌落住进ICU恒大被罚41.75亿到底怎么缴湖南一县政协主席疑涉刑案被控制茶百道就改标签日期致歉王树国3次鞠躬告别西交大师生张立群任西安交通大学校长杨倩无缘巴黎奥运