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【免费领取】材料委优质报告:一文读懂第三代半导体

 前沿材料 2020-09-17

本文为蓝皮书部分节选

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以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石和氮化铝(AlN)等材料为代表的宽禁带半导体材料被称为第三代半导体材料。与第一、第二代半导体材料相比,第三代半导体具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高抗辐射能力及高载流子迁移率等诸多优点,因而适宜制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,也被称为高温半导体材料。

从目前第三代半导体材料和器件的研究来看,发展较为成熟的是GaN和SiC半导体材料,金刚石和AlN尚处于起步阶段。第三代半导体可以被广泛应用在各个领域,无论是消费电子设备、照明、新能源汽车、风力发电机、飞机发动机还是导弹和卫星,都对这种高性能的半导体有着极大的期待。


国内外产业格局

全球格局:各大企业积极布局

第三代半导体作为半导体产业重要的一部分越来越受到世界各国的关注,各国企业纷纷布局。在半导体领域,美国的领先优势很大,根据半导体权威研究机构IC Insights公布的数据,2016年全球半导体企业前20强中,美国有8家半导体厂商入选,可谓独占鳌头,而除美国外的其他国家和地区,日本、中国台湾地区和欧洲各有3家企业入榜,值得注意的是,在这份榜单中,我国大陆地区没有一家企业入榜。

作为半导体产业其中的一环,第三代半导体也有类似的产业格局,美国领跑,日欧紧随。第三代半导体产业链大体可分为上游原材料、中游器件和下游应用三个部分,主要应用为电力电子、微波射频、光电等领域。

▼国外格局:美日欧三足鼎立

在电力电子产业中,美、日、欧三足鼎立,其中美国拥有科锐、道康宁、II-VI公司等业界翘楚,占有全球大量的SiC企业。GaN领域美国也具有较为完整的产业链,在外延、器件及应用环节都具有生产企业;欧洲方面SiC产业链完整,SiCrystal、英飞凌科技、意法半导体等企业实力出众;日本精于模块开发,拥有富士电机、罗姆半导体、东芝等著名企业。

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国内格局:机遇与挑战并存

我国目前正处于快速夯实第三代半导体材料科技基础的重要阶段,加快第三代半导体材料、器件与应用技术的开发及其产业化仍然是目前我国发展第三代半导体材料产业的首要任务。

在材料制造设备方面,中国科技部消息显示,我国研发团队于2017年10月成功研制了满足高压SiC电力电子器件制造所需的4-6英寸SiC单晶生长炉关键装备,实现了“零微管”(微管密度<1个/cm2)4英寸SiC单晶衬底和低缺陷密度的6英寸SiC单晶衬底的制备技术,掌握了相关外延工艺技术,并制备了碳化硅二极管系列产品,已在市场上批量推广使用。

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未来发展建议

近年来,我国已发展为全球最大的半导体市场,但是与之相对应的是,我国半导体行业产值较低,与美国、日本、欧洲等国家相比仍有较大差距。不过,随着我国政府对半导体行业的重视、重点项目及产业的建设投资陆续实施、市场快速的扩张,我国第三代半导体行业的龙头企业也取得了较大的进步。

从长远来看,随着全球半导体行业产能的转移和中国不断增大的制造及销售规模,我国第三代半导体行业的市场前景广阔,发展空间巨大。

而结合国内外局势来看,虽然我国第三代半导体产业创新发展的时机已经成熟,处于重要窗口期,但目前仍面临多重紧迫性。未来的发展应从资源、技术、产业规划等发面入手改善。

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本文作者:材料委天津院

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