一、第三代半导体手艺概述

第三代半导体是以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为主的宽禁带半导体质料，还包括氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等，其禁带宽度大于或即是2.3电子伏特（eV）。

（一）特征

1. 高击穿电场

• 这一特征使得第三代半导体质料能够遭受更高的电压而不被击穿。例如在电力电子器件中，碳化硅（SiC）的绝缘击穿场强是硅（Si）的10倍，可以制作出600V - 数千V的高压功率器件。在相同耐压情形下，SiC在单位面积下的漂移层电阻可以降低到Si的1/300，这关于制造高压、大功率的半导体器件很是有利，如在新能源汽车的逆变器、充电桩等装备中，能够有用提高器件的耐压性能和清静性。

2. 高饱和电子速率

• 高饱和电子速率意味着电子在质料中的运动速率更快，从而可以实现更高的事情频率。氮化镓（GaN）具有高临界磁场、高电子饱和速率与极高的电子迁徙率，是超高频器件的极佳选择，适用于5G通讯、微波射频等领域的应用，能够知足5G高功率、高通讯频段的要求，有用提升通讯装备的性能。

3. 高热导率

• 优异的热导率有助于将半导体器件在事情历程中爆发的热量快速散发出去，从而提高器件的稳固性和可靠性。例如SiC质料及其器件结构有天生的耐高温能力，在真空条件下甚至可耐达400 - 600℃的高温。在现实应用中，为避免接触空气而爆发氧化，SiC器件必需接纳耐高温的封装。150℃结温是业界现在的最高标准，175℃结温品级刚刚最先展露，有标准化封装可以接纳，而200℃以致更高温的封装对封装质料和工艺要求十分严苛，并且必需凭证裸片特征举行定制设计，以包管导热和散热性能要求。

4. 高电子密度和高迁徙率

• 高电子密度和高迁徙率有助于提高半导体器件的导电性能和响应速率。在制作晶体管等电子器件时，可以使电子在器件内快速移动，从而提高器件的开关速率和事情频率，镌汰信号传输延迟，关于高频、高速电子装备的制造具有主要意义。

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（二）与前两代半导体的区别

1. 第一代半导体质料

• 兴起于二十世纪五十年月，以硅（Si）、锗元素（Ge）为代表。第一代半导体质料引发了以集成电路（IC）为焦点的微电子领域迅速生长。硅质料由于手艺成熟度较高且具有本钱优势，仍普遍应用在电子信息领域及新能源、硅光伏工业中，但它的带隙较窄、电子迁徙率和击穿电场较低，在光电子领域和高频高功率器件方面的应用受到诸多限制，主要解决数据运算、存储的问题。

2. 第二代半导体质料

• 兴起于20世纪九十年月以来，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的化合物半导体。相比于第一代半导体，砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特征，主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良质料，普遍应用在主流的商用无线通讯、光通讯以及国防军工用途上，主要解决数据传输的问题。但随着科技生长，其自身性能也无法知足新的需求。

第三代半导体质料与前两代相比，具备更宽的禁带宽度（≥2.2eV）、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、大功率及抗辐射器件，可普遍应用在高压、高频、高温以及高可靠性等领域，包括射频通讯、雷达、卫星、电源治理、汽车电子、工业电力电子等，能够突破第一、二代半导体质料的生长瓶颈。

二、第三代半导体手艺生长趋势

（一）手艺研发希望加速

1. 质料生长手艺的提升

• 在碳化硅（SiC）方面，国产6英寸SiC衬底外延已实现量产，液相法生长SiC晶体项目最先中试，这将有助于提高SiC质料的质量和产量，降低本钱。关于氮化镓（GaN），12英寸Si基GaN HEMT外延手艺的突破有望大幅降低器件和系统本钱。随着这些质料生长手艺的一直前进，第三代半导体质料的性能将一直提高，应用规模也将进一步扩大。

2. 器件制造工艺的刷新

• 在SiC领域，6英寸SiC芯片工艺手艺开发完成，SiC二极管实现批量应用，SiC MOSFET起源量产并最先车规级可靠性验证，SiC电驱产品也开启“上车”模式。这些效果批注在器件制造工艺上一直取得新的突破，使得第三代半导体器件在新能源汽车、工业电力电子等领域的应用越发可行和可靠。同时，在GaN领域，5G通讯基站用GaN射频国产化率凌驾30%，Mini - LED显示产品的工业化外量子效率凌驾6%，显示出在差别应用领域的工艺刷新效果。

（二）应用市场一直拓展

1. 古板领域的深入渗透

• 在新能源汽车领域，碳化硅（SiC）器件主要应用于功率控制单位、逆变器、车载充电器等方面，其轻量化、高效率、耐高温的特征有助于有用降低新能源汽车的本钱。随着新能源汽车市场的一直增添，对SiC器件的需求也将一连增添。在5G通讯领域，氮化镓（GaN）射频器件由于更能有用知足5G高功率、高通讯频段的要求，其在基站中的应用将随着5G网络的建设和升级一直扩大。同时，在轨道交通领域，碳化硅器件主要应用于轨交牵引变流器，能大幅提升牵引变流装置的效率，切合轨道交通绿色化、小型化、轻量化的生长趋势，未来在轨道交通建设中也将有更多的应用。

2. 新兴领域的开拓

• 在人工智能、未来智联网等新兴领域，第三代半导体质料和手艺逐渐成为焦点要害元器件的质料基础。例如在新一代显示手艺中，Mini - LED和Micro - LED等手艺的生长离不开氮化镓品级三代半导体质料。别的，在自动驾驶领域，对传感器、控制器等电子器件的高性能、高可靠性要求，也使得第三代半导体质料有了用武之地，其耐高温、抗辐射等特征可以知足自动驾驶系统在重大情形下的稳固运行需求。

（三）本钱逐渐降低

1. 规模效应降低本钱

• 随着第三代半导体手艺在更多领域的应用，市场需求一直增添，生产规模逐渐扩大。例如在新能源汽车、5G通讯等大规模应用的领域，随着产量的提升，单位产品的生产本钱将逐渐降低。这包括原质料采购本钱的降低、生产装备的使用率提高以及生产工艺的优化等方面。以氮化镓（GaN）为例，随着其在快充领域的普遍应用，生产规模一直扩大，快充产品的价钱也逐渐变得越发亲民。

2. 手艺立异降低本钱

• 前面提到的质料生长手艺提升和器件制造工艺刷新，不但提高了产品性能，也有助于降低本钱。例如12英寸Si基GaN HEMT外延手艺的突破，通过提高生产效率和降低原质料消耗等方法来降低器件和系统本钱。在SiC方面，液相法生长SiC晶体等手艺的生长，若是实现大规模工业化生产，将有用降低SiC质料的本钱，进而降低基于SiC的半导体器件的本钱。

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污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到情形中的湿气，通电后爆发电化学迁徙，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破损了电路板功效。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，尚有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、灰尘等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、爆发气孔、短路等等多种不良征象。

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