中国粉体网讯  曾经“中流砥柱”的硅功率器件已日趋其材料发展的极限，难以满足当今社会发展对于高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便小型化的新需求。以SiC为代表的第三代半导体材料凭借其优异属性，已成为突破口，正在迅速崛起。

第三代半导体材料作为新兴半导体材料，如GaN和SiC，与Si相比，均具备击穿电压高、宽禁带、导热率高、电子饱和速率高、载流子迁移率高等特点，因而被期待在光电子器件、电力电子器件等领域广泛应用。

各种半导体材料的性能参数

第三代半导体材料的重要应用，是在各类半导体器件上的应用，主要以功率器件、微波器件为应用和发展方向。目前，很多领域都将硅二极管和MOSFET及IGBT（绝缘栅双极晶体管）等晶体管用作功率元件，比如供电系统、电力机车、混合动力汽车、工厂内的生产设备、光伏发电系统的功率调节器、空调等白色家电、服务器及个人电脑等。由于GaN和SiC所具有的基本特性，使得这些领域所用的功率元件的材料逐步被GaN和SiC替代。

碳化硅功率器件市场预测（2010-2020）

有专家预测，第三代半导体功率器件，可能首先会从替换现有硅器件更有利的高附加值的应用开始普及，然后从高耐压高输出功率的应用开始，大范围更新换代。

根据IHS IMS Research的报告显示，在未来10年，受到电源、太阳光电（PV）逆变器以及工业电动机的需求驱动，新兴的SiC和GaN功率半导体市场将以18%的速度稳步成长。预计在2022年以前，SiC和GaN功率元件的全球销售额将从2012年的1.43亿美元大幅增加到28亿美元。

全球SiC/GaN功率器件市场趋势

如今，SiC已被不少专业人士视为足以取代硅的可靠技术。大多数功率模组和电源逆变器制造商都将SiC纳入技术开发蓝图中，特别是PV逆变器有望成为SiC的最佳应用。

根据SiC材料器件的优异性能，未来第三代半导体材料及器件将向超高压、低成本应用方向发展。SiC作为取代Si的功率器件备受期待，在高耐压领域尤其被看好。在600～6 000V耐压领域，瞄准混合动力车及铁道车辆用途的开发日益活跃。

第三代半导体材料的规模应用已经开始，SiC功率器件领域已经进入到Si、SiC、GaN 3种半导体材料并用的时代。过去，人们一直利用硅的加工性能良好的特点，借助精雕细琢的元件结构，提高功率器件的性能并扩大其应用。现在，利用第三代半导体材料，在提高能效、电源系统小型化、提高耐压等方面，其性能已经达到了硅器件无法企及的高度。

对于器件制造厂商，根据市场应用需求及技术发展状态，目前，有3种材料都在使用的厂商，也有集中于一种材料开拓用途的厂商。正如中国工程院院士屠海令所言：“半导体产业发展先后经历了以硅为代表的第一代半导体材料，以砷化镓为代表的第二代半导体材料和以碳化硅与氮化镓为代表的第三代半导体材料。这三代半导体并不是完全的替代关系，在未来相当长的时期内它们还将并存，并在不同的应用领域发挥各自的作用、占据各自的市场份额。”

具体而言，在第三代半导体异军突起的情势下，硅基材料面临哪些机遇和挑战？敬请关注于2019年10月30-31日，由中国粉体网在江苏徐州主办的“2019全国石英大会”，届时来自南京航空航天大学的傅仁利教授将会带来题为《面向第三代半导体器件硅基材料面临的机遇与挑战》的精彩报告。

【专家简介】

傅仁利，南京航空航天大学教授，长期从事材料科学与工程的教学与研究工作，在氧化铝陶瓷基板，白光LED新型荧光材料及光谱调控、氮化铝陶瓷粉末自蔓延燃烧合成、功率电子器件用基板材料和散热技术以及电子封装用高性能复合模塑料等方面进行了比较深入的研究工作，获得省部级科技进步奖两项，授权国家发明专利8项，实用新型专利1项。发表学术论文80余篇。担任《复合材料学报》和《Materials and Design》通讯编委。

参考资料：

《抢占第三代半导体战略制高点——访中国工程院院士屠海令》，高科技与产业化

陈秀芳等，第3代半导体材料在5G通讯领域的发展与机遇，山东大学

柳滨等，第三代半导体材料应用及制造工艺概况，中国电子科技集团公司第四十五研究所

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