LED襯底第三代半導(dǎo)體SiC技術(shù)的崛起

　　據(jù)悉，2014年1月15日，美國政府正式宣布全力支持以SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體，旨在引領(lǐng)針對下一代電力電子的制造業(yè)創(chuàng)新。計劃在未來的5年里，通過使以SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)擁有當(dāng)前Si基電力電子技術(shù)的成本競爭力，實現(xiàn)下一代節(jié)能高效大功率電力電子芯片和器件，從而引領(lǐng)包括消費類電子、工業(yè)設(shè)備、通訊、清潔能源等在內(nèi)的多個全球最大規(guī)模、最快增長速度的產(chǎn)業(yè)市場，全面提升國際競爭力并創(chuàng)造高薪就業(yè)機會。

　　2014年11月7日，國家科技部曹健林副部長在其主題報告“開放創(chuàng)新融合-科技大跨界時代的產(chǎn)業(yè)發(fā)展”中指出： 從諾貝爾物理獎的半導(dǎo)體技術(shù)分布來看，未來將是第三代半導(dǎo)體，是整個業(yè)界努力的一個方向。第三代半導(dǎo)體技術(shù)將在能源、節(jié)能減排、國防安全、新一代信息技術(shù)和人類生活等各個方面產(chǎn)生巨大的影響。第三代半導(dǎo)體，是解決低碳、智能、綠色發(fā)展的突破口。第三代半導(dǎo)體，將引領(lǐng)下一代技術(shù)和應(yīng)用的戰(zhàn)略變革。

　　以SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體，能夠在更高溫度和更高電壓及頻率的環(huán)境下正常工作，同時消耗更少的電力、具有更強的持久性和可靠性，這將為下一代擁有更小體積、更快速度、更低成本、更高效率的電力電子產(chǎn)品(包括個人電子設(shè)備、電動汽車、可再生能源聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)規(guī)模的變速驅(qū)動電機、更智能化及更靈活的電網(wǎng)、移動信息大數(shù)據(jù)時代服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)等)提供飛躍的機遇。

　　在LED半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，SiC技術(shù)同樣發(fā)揮了重要影響和引領(lǐng)作用。SiC襯底，有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問題，減少了缺陷和位錯，更高的電光轉(zhuǎn)換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱?？其J開創(chuàng)性的SC5技術(shù)平臺和超大功率XHP LED器件基于業(yè)界最強的SiC技術(shù)，在LED外延結(jié)構(gòu)和芯片架構(gòu)方面實現(xiàn)了諸多重要技術(shù)提升，并且開發(fā)出經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的先進光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以實現(xiàn)最佳散熱性能和光學(xué)性能，并且使得系統(tǒng)層面的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、機械學(xué)成本大幅降低。

　　LED半導(dǎo)體照明本身是以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)所實現(xiàn)的第一個突破口!其有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問題，減少了缺陷和位錯，更高的電光轉(zhuǎn)換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱?；诖?，303 lm/W大功率LED實驗室光效記錄誕生，高密度級LED技術(shù)可實現(xiàn)尺寸更小、性能更高、設(shè)計更具靈活性的LED照明系統(tǒng)，開創(chuàng)性的SC5技術(shù)平臺和超大功率XHP LED器件可實現(xiàn)LED照明系統(tǒng)最高40%成本降低。

　　隨著SiC生產(chǎn)成本的降低，SiC半導(dǎo)體正在憑借其優(yōu)良的性能逐步取代Si半導(dǎo)體，打破Si基由于材料本身性能的所遇到瓶頸。無疑，它將引發(fā)一場類似于蒸汽機一樣的產(chǎn)業(yè)革命!

　　1. SiC材料應(yīng)用在高鐵領(lǐng)域，可節(jié)能20%以上，并減小電力系統(tǒng)體積;

　　2. SiC材料應(yīng)用在新能源汽車領(lǐng)域，可降低能耗20%;

　　3. SiC材料應(yīng)用在家電領(lǐng)域，可節(jié)能50%;

　　4. SiC材料應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，可提高效率20%;

　　5. SiC材料應(yīng)用在太陽能領(lǐng)域，可降低光電轉(zhuǎn)換損失25%以上;

　　6. SiC材料應(yīng)用在工業(yè)電機領(lǐng)域，可節(jié)能30%-50%;

　　7. SiC材料應(yīng)用在超高壓直流輸送電和智能電網(wǎng)領(lǐng)域，可使電力損失降低60%，同時供電效率提高40%以上;

　　8. SiC材料應(yīng)用在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，可幫助數(shù)據(jù)中心能耗大幅降低(當(dāng)前全球300萬臺數(shù)據(jù)中心每小時耗電量約為3000萬千瓦);

　　9. SiC材料應(yīng)用在通信領(lǐng)域，可顯著提高信號的傳輸效率和傳輸安全及穩(wěn)定性;

　　10. SiC材料可使航空航天領(lǐng)域，可使設(shè)備的損耗減小30%-50%，工作頻率高3倍，電感電容體積縮小3倍，散熱器重量大幅降低。

　　2014年伊始，美國總統(tǒng)奧巴馬親自主導(dǎo)成立了以SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。這一舉措的背后，是美國對以SiC半導(dǎo)體為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的強力支持。據(jù)了解，這個產(chǎn)業(yè)目前已經(jīng)獲得美國聯(lián)邦和地方政府總計1.4億美元的合力支持。而早在2013年日本政府就將SiC納入“首相戰(zhàn)略”，認為未來50%的節(jié)能要通過它來實現(xiàn)，創(chuàng)造清潔能源的新時代。

　　正如美國總統(tǒng)奧巴馬在該產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立大會上所提到，以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)將可使筆記本電腦適配器的體積減少80%，也可以將一個變電站的體積縮小至一個手提箱的大小規(guī)格?；蛟S，這正是SiC半導(dǎo)體的魅力之所在。

　　未來，由半導(dǎo)體SiC材料制作成的功率器件將支撐起當(dāng)今節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨向，成為節(jié)能設(shè)備最核心的部件，因此半導(dǎo)體SiC功率器件也被業(yè)界譽為功率變流裝置的“CPU”、綠色經(jīng)濟的“核芯”。