碳化硅VS氮化鎵，寬禁帶半導(dǎo)體材料雙雄能否帶中國(guó)實(shí)現(xiàn)彎道超車？

　　第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料應(yīng)用領(lǐng)域

　　半導(dǎo)體照明

　　LED襯底類別包括藍(lán)寶石、碳化硅、硅以及氮化鎵。藍(lán)光LED在用襯底材料來(lái)劃分技術(shù)路線。SiC襯底有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問(wèn)題，減少了缺陷和位錯(cuò)，更高的電光轉(zhuǎn)換效率從根本上帶來(lái)更多的出光和更少的散熱。氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強(qiáng)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)越特性，是迄今理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系。時(shí)至今日，氮化鎵襯底相對(duì)于藍(lán)寶石、碳化硅等襯底的性能優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，最大難題在于價(jià)格過(guò)高。

　　功率器件

　　2015年，SiC功率半導(dǎo)體市場(chǎng)(包括二極管和晶體管)規(guī)模約為2億美元，到2021年，其市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將超過(guò)5.5億美元，這期間的復(fù)合年均增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將達(dá)19%。毫無(wú)懸念，消耗大量二極管的功率因素校正(PFC)電源市場(chǎng)，仍將是SiC功率半導(dǎo)體最主要的應(yīng)用。

　　目前市場(chǎng)上主要GaN產(chǎn)品是應(yīng)用于高功率密度DC/DC電源的40-200伏增強(qiáng)性高電子遷移率異質(zhì)節(jié)晶體管(HEMT)和600伏HEMT混合串聯(lián)開(kāi)關(guān)，國(guó)外廠商主要有EPC、IR、Transphorm、Panasonic、ExaGaN、GaN Systems等公司。中國(guó)GaN相關(guān)企業(yè)有IDM公司中航微電子、蘇州能訊，材料廠商中稼半導(dǎo)體、三安光電、杭州士蘭微等公司。

　　微波器件

　　GaN高頻大功率微波器件已開(kāi)始用于軍用雷達(dá)、智能武器和通信系統(tǒng)等方面。在未來(lái)，GaN微波器件有望用于4G～5G移動(dòng)通訊基站等民用領(lǐng)域。市調(diào)公司Yole預(yù)測(cè)，2016～2020年GaN射頻器件市場(chǎng)將擴(kuò)大至目前的2倍，市場(chǎng)復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)將達(dá)到4%;2020年末，市場(chǎng)規(guī)模將擴(kuò)大至目前的2.5倍。GaN在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括IED干擾器、軍事通訊、雷達(dá)、電子對(duì)抗等。GaN將在越來(lái)越多的國(guó)防產(chǎn)品中得到應(yīng)用，充分體現(xiàn)其在提高功率、縮小體積和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方面的巨大優(yōu)勢(shì)。

　　激光器和探測(cè)器

　　在激光器和探測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域，GaN激光器已經(jīng)成功用于藍(lán)光DVD，藍(lán)光和綠色的激光將來(lái)巨大的市場(chǎng)空間在微型投影、激光3D投影等投影顯示領(lǐng)域，藍(lán)色激光器和綠光激光器產(chǎn)值約為2億美元，如果技術(shù)瓶頸得到突破，潛在產(chǎn)值將達(dá)到500億美元。2014年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者中村修二認(rèn)為下一代照明技術(shù)應(yīng)該是基于GaN激光器的“激光照明”，有望將照明和顯示融合發(fā)展。目前，只有國(guó)外的日本日亞公司(Nichia)、和德國(guó)的歐司朗(Osram)等公司能夠提供商品化的GaN基激光器。

　　由于氮化鎵優(yōu)異的光電特性和耐輻射性能，還可以用作高能射線探測(cè)器。GaN基紫外探測(cè)器可用于導(dǎo)彈預(yù)警、衛(wèi)星秘密通信、各種環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)生物探測(cè)等領(lǐng)域，例如核輻射探測(cè)器，X射線成像儀等，但尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)

　　寬禁帶半導(dǎo)體材料作為一類新型材料，具有獨(dú)特的電、光、聲等特性，其制備的器件具有優(yōu)異的性能，在眾多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。它能夠提高功率器件工作溫度極限，使其在更惡劣的環(huán)境下工作;能夠提高器件的功率和效率，提高裝備性能;能夠拓寬發(fā)光光譜，實(shí)現(xiàn)全彩顯示。隨著寬禁帶技術(shù)的進(jìn)步，材料工藝與器件工藝的逐步成熟，其重要性將逐漸顯現(xiàn)，在高端領(lǐng)域?qū)⒅鸩饺〈谝淮?、第二代半?dǎo)體材料，成為電子信息產(chǎn)業(yè)的主宰。