第一代半導(dǎo)體硅(Si)，主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)運(yùn)算領(lǐng)域，第二代半導(dǎo)體砷化鎵(GaAs)，主要應(yīng)用在通信領(lǐng)域，兩者都有一定的局限性，而第三代寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)，以其高溫下的穩(wěn)定性、高效的光電轉(zhuǎn)化能力、更低的能量損耗等絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，可以被廣泛應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，無(wú)論是消費(fèi)電子設(shè)備、照明、新能源汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，還是導(dǎo)彈和衛(wèi)星，都對(duì)這種高性能的半導(dǎo)體有著極大的期待，其單克價(jià)值遠(yuǎn)高于黃金!
2009年9月，奧巴馬政府頒布了《政府的創(chuàng)新議程》，期待以新能源革命作為整個(gè)國(guó)家工業(yè)和經(jīng)濟(jì)體系轉(zhuǎn)換的推動(dòng)力，通過(guò)多種措施，大力發(fā)展新能源、節(jié)能環(huán)保、新一代信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、生物技術(shù)、航空航天及海洋等新興產(chǎn)業(yè)，搶占國(guó)際金融危機(jī)催生下的世界新一輪科技與產(chǎn)業(yè)革命的制高點(diǎn)。
所有這些新興產(chǎn)業(yè)的核心就是寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)，新能源產(chǎn)業(yè)需要逆變器、節(jié)能環(huán)保需要節(jié)能電機(jī)、信息技術(shù)需要高效率的集成電路、航空航天需要更小巧的零部件。除此之外，以國(guó)防軍工為代表的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如果想要提升產(chǎn)業(yè)水平，同樣需要新一代的半導(dǎo)體技術(shù)。
為此，2013年5月9日，美國(guó)奧巴馬政府宣布成立三個(gè)新的國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新學(xué)院，分別是“數(shù)字化制造和設(shè)計(jì)創(chuàng)新”(DMDI)學(xué)院、“輕量制造和現(xiàn)代金屬制造創(chuàng)新”(LM3I)學(xué)院及能源部領(lǐng)導(dǎo)的“清潔能源制造創(chuàng)新學(xué)院”。美國(guó)能源部網(wǎng)站顯示，“清潔能源制造創(chuàng)新學(xué)院”將重點(diǎn)聚焦“寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體電力電子器件”技術(shù)的研究和發(fā)展，認(rèn)為該技術(shù)將廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)和市場(chǎng)，具備變革性的突破力量，將其上升到國(guó)家戰(zhàn)略的高度，確保美國(guó)在這一領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位。
與美國(guó)相比，中國(guó)顯然還沒(méi)有足夠意識(shí)到寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)所能帶來(lái)的扭轉(zhuǎn)
乾坤的力量。國(guó)內(nèi)雖然對(duì)SiC和GaN等寬禁帶半導(dǎo)體材料的性質(zhì)有一定的研究，但在產(chǎn)業(yè)化方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)、日本、韓國(guó)和歐洲。特別是在最核心的晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，由于該技術(shù)涉及國(guó)防，美國(guó)等西方國(guó)家對(duì)中國(guó)實(shí)行禁運(yùn)，中國(guó)只能依靠自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破，目前僅有屈指可數(shù)的幾家企業(yè)擁有基本的技術(shù)能力，在相關(guān)的電子器件方面就更不用提了，幾乎完全依賴(lài)于國(guó)外進(jìn)口。寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)關(guān)系著國(guó)家的未來(lái)，其技術(shù)水平的高低將直接影響中國(guó)工業(yè)未來(lái)的發(fā)展進(jìn)程。相信政府和市場(chǎng)終將認(rèn)識(shí)到這一技術(shù)的重要性，寬禁帶半導(dǎo)體，一個(gè)新的時(shí)代即將來(lái)臨!
材料 碳化硅和氮化鎵最有前景
第三代半導(dǎo)體中SiC(碳化硅)單晶和GaN(氮化鎵)單晶脫穎而出，最有發(fā)展前景。第三代半導(dǎo)體主要包括SiC單晶、GaN單晶、ZnO單晶和金剛石，其中又以SiC和GaN為最核心的材料。SiC擁有更高的熱導(dǎo)率和更成熟的技術(shù)，而GaN直接躍遷、高電子遷移率和飽和電子速率、成本更低的優(yōu)點(diǎn)則使其擁有更快的研發(fā)速度。兩者的不同優(yōu)勢(shì)決定了應(yīng)用范圍上的差異，在光電領(lǐng)域，GaN占絕對(duì)的主導(dǎo)地位，而在其他功率器件領(lǐng)域，SiC適用于1200V以上的高溫大電力領(lǐng)域，GaN則更適用900V以下的高頻小電力領(lǐng)域。目前來(lái)看，未來(lái)2-3年內(nèi)，兩者仍然難分高下。
應(yīng)用 有望全面取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體
寬禁帶半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V，未來(lái)有望全面取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體。(1)耐高溫使得寬禁帶半導(dǎo)體可以適用于工作溫度在650℃以上的軍用武器系統(tǒng)和航空航天設(shè)備中;(2)大功率在降低自身功耗的同時(shí)提高系統(tǒng)其它部件的能效，可節(jié)能20%-90%;(3)高頻特性可以極大提高雷達(dá)效率，在維持覆蓋的前提下減少通信基站的數(shù)量，更可以實(shí)現(xiàn)更高速I(mǎi)C芯片的制造;(4)寬禁帶使得高亮度白光LED照明成為可能，同時(shí)可降低電力損耗47%;(5)抗輻射可以減少設(shè)備受到的干擾，延長(zhǎng)航空航天設(shè)備的使用壽命的同時(shí)極大的降低重量。
拐點(diǎn) 市場(chǎng)拐點(diǎn)或?qū)⒃?015年
晶圓制造工藝成熟度加快，新型功率器件研發(fā)加速，市場(chǎng)拐點(diǎn)或?qū)⒊霈F(xiàn)在2015年，市場(chǎng)規(guī)模將加速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)晶圓制造工藝在未來(lái)2~3年會(huì)有大幅改進(jìn)，產(chǎn)量的增加將使得成本快速下降，2015年SiC器件價(jià)格有望下降到2012年的一半左右，GaN器件的價(jià)格也可能進(jìn)一步下降，IMS預(yù)計(jì)2015年SiC和GaN功率器件市場(chǎng)規(guī)模有望接近5億美元，2020年將達(dá)到20億美元，相比2012年提高20倍。其中，增長(zhǎng)最快的應(yīng)用市場(chǎng)可能是UPS與電動(dòng)汽車(chē)，工業(yè)驅(qū)動(dòng)器、PV逆變器次之。
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