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大成研究 | 第三代半导体材料应用——GaN、SiC器

日前,有消息透露国家计划把大力支持发展第三代半导体产业写进目前正在制定的“十四五”规划中。

料、结构即决定物理性能。相比一代Si半导体、二代GaAs半导体,三代GaN、SiC半导体在耐高压、耐高温、耐高功率、低损耗性、耐高频上性能远远更优秀。由此,三代化合物半导体组成的器件、设备可以支持更高的工作功率、工作频率,同时具有更小的体积、更小的能量损耗;此外,SiC比GaN更适合于大功率场景,GaN更适合高频、较高功率场景。

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根据以上物理性能,半导体在功率器件、射频期间与光电子领域可以进行以下分类:

功率器件方面600V以上倾向于SiC、中压倾向于GaN、Si IGBT,低压倾向于Si MOSFET。

射频领域手机等低功率倾向于GaAs、宏基站等高功率倾向于GaN。

光电子红光倾向于GaAs,蓝光倾向于GaN。

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二代GaAs的需求与产业链分布:

二代GaAs相比一代Si在能隙带宽、电子迁移率上已经有很大的提升,发展于90年代,2018年全球砷化镓元件市场总产值达到 89 亿美元(全球半导体市场空间4000亿美金),从GaAs衬底的出货量数据来看,四大主要应用领域中,手机射频、红光LED、激光和光伏市场占比分别为46.52%、42.19%、10.17%和1.12%,预计随着5G手机射频升级与对于Si射频的取代,市场增长约为10%+附近。

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从产业链上看,砷化镓主要分为衬底、外延片、IC设计、晶圆制造、封装测试。在衬底制备(Si与GaAs两种)、砷化镓外延片方面,日本、英国、台湾、美国、德国垄断,主要厂商有Freiberg(德国费里博格)、AXT(美国)、sumitomo(日本住友电工)、IQE(英国)、VPEC等。