第三代半導(dǎo)體材料的發(fā)展趨勢(shì)如何?

2024-10-17 15:02

  第三代半導(dǎo)體材料的發(fā)展趨勢(shì)如下:

  市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大:

  需求增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng):隨著 5G 通信、新能源汽車、智能電網(wǎng)、光伏等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)高性能、高效率的半導(dǎo)體器件需求急劇增加。這些領(lǐng)域的設(shè)備需要能夠在高溫、高功率、高頻等極端條件下穩(wěn)定工作的半導(dǎo)體材料,而第三代半導(dǎo)體材料正好滿足這些要求,因此市場(chǎng)需求將持續(xù)增長(zhǎng)。例如,新能源汽車的電動(dòng)化趨勢(shì)使得其對(duì)功率半導(dǎo)體的需求大幅提升,碳化硅和氮化鎵材料在電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車載充電器、DC-DC 轉(zhuǎn)換器等部件中具有廣泛的應(yīng)用前景。

  市場(chǎng)增速加快:根據(jù)相關(guān)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù),第三代半導(dǎo)體材料市場(chǎng)在未來幾年將保持較高的增速增長(zhǎng)。綜合不同機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè),到 2026 年碳化硅電力電子市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 48 億美元,氮化鎵電力電子器件市場(chǎng)規(guī)模將超過 20 億美元;到 2029 年第三代半導(dǎo)體材料總體市場(chǎng)規(guī)模可達(dá) 218 億美元1。

  技術(shù)不斷進(jìn)步:

  材料質(zhì)量提升:在材料生長(zhǎng)方面,研發(fā)人員將不斷改進(jìn)生長(zhǎng)工藝,提高第三代半導(dǎo)體材料的晶體質(zhì)量、純度和均勻性。例如,大尺寸碳化硅晶圓的制備技術(shù)正在不斷成熟,從 6 英寸向 8 英寸甚至更大尺寸發(fā)展,這將提高生產(chǎn)效率、降低成本,并滿足更高性能器件的需求1。

  器件制造工藝改進(jìn):對(duì)于器件制造工藝,如光刻、刻蝕、封裝等環(huán)節(jié),將不斷優(yōu)化和創(chuàng)新,以提高器件的性能、可靠性和集成度。例如,氮化鎵襯底激光剝離技術(shù)的發(fā)展,有助于降低氮化鎵晶圓的制造成本,提高生產(chǎn)效率1。

  新結(jié)構(gòu)和新設(shè)計(jì)涌現(xiàn):為了進(jìn)一步發(fā)揮第三代半導(dǎo)體材料的性能優(yōu)勢(shì),研究人員將不斷探索新的器件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理念,如垂直型器件結(jié)構(gòu)、集成化芯片設(shè)計(jì)等,以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

  應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展:

  在 5G 通信領(lǐng)域:5G 基站對(duì)射頻功率放大器的性能要求極高,氮化鎵材料因其在高頻應(yīng)用中的優(yōu)越性能,將在 5G 基站中得到更廣泛的應(yīng)用,以實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)傳輸效率和覆蓋范圍。同時(shí),在 5G 手機(jī)等終端設(shè)備中,第三代半導(dǎo)體材料也將用于射頻前端模塊,提高手機(jī)的通信性能和續(xù)航能力。

  在新能源汽車領(lǐng)域:碳化硅材料將在電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用,如用于電動(dòng)汽車的主驅(qū)逆變器、車載充電器等。其高導(dǎo)熱性、高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻等特性,能夠提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程、加速性能和充電速度,并且降低能量損耗和散熱成本。

  在能源領(lǐng)域:在太陽能逆變器、風(fēng)力發(fā)電變流器等可再生能源系統(tǒng)中,第三代半導(dǎo)體材料可以提高能源轉(zhuǎn)換效率,降低系統(tǒng)成本和能量損耗。此外,在智能電網(wǎng)中的高壓直流輸電、柔性交流輸電等環(huán)節(jié),也具有廣闊的應(yīng)用前景。

  在其他領(lǐng)域:第三代半導(dǎo)體材料還將在航空航天、國防軍工、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如,在航空航天領(lǐng)域,其高可靠性和耐高溫性能可以滿足惡劣環(huán)境下的應(yīng)用需求;在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域,可用于制造高性能的醫(yī)療器械,如激光治療儀、超聲診斷設(shè)備等。

  產(chǎn)業(yè)協(xié)同合作加強(qiáng):

  產(chǎn)業(yè)鏈上下游整合:第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的緊密合作。上游的材料供應(yīng)商、中游的器件制造商和下游的應(yīng)用廠商將加強(qiáng)合作,共同推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用。例如,一些材料企業(yè)與器件企業(yè)建立戰(zhàn)略合作關(guān)系,共同開發(fā)新型材料和器件,以滿足市場(chǎng)需求2。

  產(chǎn)學(xué)研合作深化:高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)之間的產(chǎn)學(xué)研合作將不斷深化,加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究,加速技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化。政府也將加大對(duì)產(chǎn)學(xué)研合作的支持力度,推動(dòng)建立產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟和公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái),為企業(yè)提供技術(shù)支持和人才培養(yǎng)。

  國產(chǎn)化進(jìn)程加速:

  政策支持:各國政府都認(rèn)識(shí)到第三代半導(dǎo)體材料的重要性,紛紛出臺(tái)政策支持本國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在中國,政府將第三代半導(dǎo)體材料列為重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),加大了對(duì)研發(fā)投入、產(chǎn)業(yè)布局和企業(yè)扶持的力度,推動(dòng)國產(chǎn)第三代半導(dǎo)體材料的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

  企業(yè)崛起:國內(nèi)企業(yè)在第三代半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的研發(fā)和生產(chǎn)能力不斷提升,已經(jīng)取得了一些重要的突破。例如,國內(nèi)企業(yè)在碳化硅和氮化鎵材料的生長(zhǎng)、器件制造等方面已經(jīng)具備了一定的技術(shù)實(shí)力和生產(chǎn)能力,部分產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化替代。


摩爾鎵芯半導(dǎo)體
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