第三代半导体碳化硅器件：可让新能源车能耗降低50%

易车讯 日前，我们从相关渠道获悉，在第三代半导体碳化硅器件的帮助下，可以让当前的新能源车实现充电10分钟，行驶400公里，能耗降低50%的目标，目前中国电子科技集团旗下的多种规格碳化硅器件，已经在新能源车载充电装置上实现了批量应用。

根据中国电子科技集团专家的介绍，新能源汽车如果用传统的第一代半导体器件，充电时间需要半个小时以上，而采用了第三代半导体碳化硅器件以后，可以实现充电10分钟行驶400公里。

碳化硅器件是新能源汽车车载充电装置所需的关键元器件，2020年以前，这类器件完全依赖进口，而现在，中国电科的碳化硅器件，装车量已经达到100万台。

据悉，以碳化硅为代表的第三代半导体被称为“绿色”半导体，目前中国电科的第三代半导体器件实现了从研发到商用的转型，它的器件节能性是硅器件的4倍，可以使新能源汽车能耗降低50%，特高压电网损耗降低60%，轨道交通功率器件系统损耗降低20％以上。

易车App提供销量、热度、点评、降价、新能源、实测、安全、零整比、保有量等榜单数据。如需更多数据，请到易车App查看。

不知道大家最近有没有发现，无论是国内还是国外，在谈到半导体行业的时候，总会冒出一个让人觉得新鲜的名词：第三代半导体。特别是最近我国一些论坛或者峰会上，都说到要在第三代半导体上大力发展，并表示第三代半导体已经进入快速增长期，我们要力争领先地位等等。

这样看起来似乎和标题有点不符：明明第三代半导体都这么热门了，怎么还是冷知识？其实也不难理解，对于普通用户来说，只要产品好用就行，至于几代半导体应该是不在意的。而且你要真问到什么是第三代半导体？或者问不同代半导体的区别是啥？笔者估计大多数人都是懵逼状态，所以说它是冷知识也没错。那么现在我们就来聊聊这个话题，看看全行业都在吹的第三代半导体到底是神马玩意儿！

第一代半导体，让计算机业彻底繁荣

要说到半导体这个名词的出现，那的确是比较久远了。如果追根溯源的话，得说到上世纪的40年代，因为在1940年全世界第一颗电子晶体管诞生了，这也就拉开了半导体时代的大幕。最早大家用于半导体的材料是锗（Ge），如果查看一下半导体的历史，就会发现在上世纪50年代以及60年代，大家的半导体设备基本都是用锗这种材料。所以说锗应该算是半导体材料的老祖先了，这也是我们口中说的第一代半导体。

没错，说到这里，大家应该恍然大悟了：原来不同代半导体的区别就是材料！是滴，但是第一代半导体的材料并不是只有锗，因为大家用锗来打造电子晶体管的时候发现，这货发热有点夸张，还很不好控制，容易引起很多问题，设备出故障是一方面，但是热失控很容易引起重大事故，所以大家开始发展另一种半导体材料——矽，也就是我们说的硅。

知道为啥有一个叫硅谷的地方能被众人看成是科技领域的圣地？现在大家应该明白了，因为在第一代半导体蓬勃发展的时候，矽就是成为了半导体的主要材料，而因为半导体发展而繁荣起来的圣塔克拉拉谷，也就被称为矽谷或者说硅谷了，毕竟硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方。

一直到上世纪70年代，锗和矽都是半导体的主要材料。不过矽并非万能的材料，毕竟它有自己的物理极限，而且效率和耗电等方面，它已经慢慢无法满足一些科技发展的需求。而这个时候，是化学让半导体时代继续发展，化合物半导体的出现让半导体材料进入了第二代。

第二代半导体，化合物时代来临

之前说过了，当计算机业和电子业发展到一个地步的时候，矽或者说硅的问题就显现出来了，物理极限的问题我们现在都知道，厂商一直追求的能耗比其实已经说明了问题，所以大家都在寻找矽之外的材料来继续发展半导体行业。这个时候化合物半导体终于进入了历史的舞台。

要说化合物半导体，还得感谢赫赫有名的贝尔实验室（不是那个野外求生的贝尔……），在上世纪70年代发明了化合物半导体。从此以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为主的化合物半导体一跃成为半导体市场的主角。这两货的优点也很明显，拥有超高的电子迁移率，外加上它们兼备高频、低杂音、高效率及低耗电等特性，简直就是矽的最佳替代者，所以这两种材料一下成为半导体市场的主角。

整个半导体产业因而进入了以这两种材料为主的第二代半导体时代，直到现在第二代半导体材料也大量用于各种半导体器材设备中。由于这两货的功能特点，直接为以后的微波射频通信半导体发展打下了基础，所以我们现在生活的时代得感谢这两种半导体材料，因为大量的射频芯片，都是用这两种材料打造的。

当然第二代半导体材料的问世，并不代表第一代半导体就彻底被淘汰，不同半导体材料现在都可以活跃在不同的领域中。毕竟一些设备和芯片第一代半导体就能搞定，成本还低，不需要第二代半导体或者下面要说的第三代半导体。所以从现在看来，每代半导体材料的发展，并不是取代上一代半导体材料，而是让科技有更好以及更高端的发展。

第三代半导体，催化5G应用加速发展

第三代半导体其实和第二代半导体一样，都属于化合物半导体材料，而且这个材料我们还并不陌生，估计很多人都买过相应材料所制造的产品。比如说充电器，现在很多充电器用的材料都是GaN，也就是氮化镓，而这就是第三代半导体的主流材料。

第三代半导体主要是两种材料，分别是氮化镓（GaN）与碳化矽（SiC）。这两种材料的最大的特点就是宽能隙，而能隙越宽，就代表着其耐高频、高压、高温、高功率及高电流的性能也就越强，同时还具备高能源转换效率与低能耗的特性。这样的特点性能，恰好符合目前IoT设备连接、5G场景及电动车等最新应用的需求。

由于目前各国都在研发5G应用、loT智能设备以及电动车等技术和产品，所以这种宽能隙的材料自然就成为大家发展的重心。行业有一句老话叫“得碳化矽基板者得天下”，由此可见第三代半导体的研发，对于全球科技产业有多么重要。当然之前我们就说过了，三代半导体并非彼此淘汰取代的作用，而是每代半导体材料都在往更先进更高科技的应用领域发展，这不代表老的半导体材料就彻底无用。

比如说第一代半导体的矽，多用在各种处理器、内存芯片、逻辑芯片、微电子晶体管上，我们也比较常见到；第二代半导体的砷化镓则经常用在射频芯片上。至于第三代半导体的材料，主要会采用在高频率的射频元器件以及高功率的半导体元器件上，应用范围则比较广，包括5G、IoT、环保、电动车、卫星通讯及军事等领域。特别是5G和电动汽车，被视为第三代半导体的最大发展动力。

5G和高功率设备，离不开第三代半导体

现在大家应该明白了所谓的第三代半导体是什么意思，粗略地说就是用氮化镓和碳化矽这两种材料打造的半导体设备，就可以算是第三代半导体。当然这其中化合物的发展肯定不止是这两种，但这两种可以算是基础和主流。

那既然说5G、loT设备、电动车都需要第三代半导体，这里就可以举一些具体的例子。比如说5G基站，现在我国采用的Sub-6以及海外已经开始商用的毫米波，它们都需要海量的基础设施，这里就要用到大量的天线和射频元件，而以GaN为主要材料的半导体设备，就能发挥高频、高功率、大频宽、低功耗与小尺寸等优势。

去年全球GaN射频元件的市场为8.91 亿美元，而随着5G在全球的普及，这一市场在2026年将达到24亿美元。目前射频元件部分，很多还是采用的第二代半导体砷化镓以及金属氧化半导体为主材料，而GaN已经成为它们的主要竞争对手。现在GaN射频元件的主要材料是碳化矽基氮化镓GaN-on-SiC，NXP恩智浦半导体已经在去年开设了第一个6英寸的GaN-on-SiC晶圆厂；而过去的全球砷化镓代工大厂，也纷纷开始扩展GaN-on-SiC的产能，希望在未来的竞争中不落下风。

第三代半导体材料的另一个好处，就是非常适合拿来作为功率半导体元件，我们之前已经介绍过它们的特性，耐高温高压、转化率高，所以我们现在看到很多充电器都是用的GaN材料。目前GaN快充已然成为推动GaN功率元件成长的动力，很多手机厂商都已经配备GaN的快充充电器，比如说国内的OPPO就是如此。像小米以及其他外设厂商，也推出了多款GaN材料的充电器。

至于另一种SiC功率元件，目前市场比GaN还大，它和GaN特点相似，两者也经常结合起来为作为不同半导体设备的材料，比如之前介绍的射频元器件。不过SiC自己来做功率元件应用也是很广泛的，比如说作为有61%的SiC功率元件，都用于新能源汽车，另外像太阳能发电站以及各个充电站，也会用到SiC的功率元件。当然综合来看，电动车未来是推动SiC半导体发展的最大动力。

写在最后

关于第三代半导体，我们基本上就说到这里，虽然很粗浅，但是足以让大家了解到第三代半导体的意义，以及他们的特点和现在应用的范围。说实话，半导体虽然经历了三代，但是就和我们说的一样，这三代半导体是基于科技的发展而诞生，而不是说哪一代半导体是从上一代半导体的材料发展而来，所以他们没有互相淘汰的关系，虽然有竞争，但更像是处于平行状态，各自在各自领域发展。

目前第三代半导体发展最快还是中国、美国以及欧盟，特别是我国的科技企业，很早就开始涉足第三代半导体的研发，像比亚迪这样的公司，甚至已经有自己第三代半导体的晶圆厂；包括华为等公司，也在第三代半导体上积极投资。在去年我国第三代半导体的整体产值超过7100 亿人民币，在世界上的确处于领先地位。

对于我国来说，第三代半导体的发展的确相当关键，这不仅仅是因为未来的产业发展和市场有这么大的需求，同时如果在第三代半导体的研发上占据领先位置，也有利于解决我国在半导体上被海外卡脖子的窘境，真正站上半导体强国的位置！

据日本经济新闻10月18日报道，世界第二大电动汽车制造商中国比亚迪10月17日宣布，今年将在德国和其他国家推出电动汽车，并于2023年进入法国等欧洲发达市场。中国长城汽车也将推出一款新的电动汽车。中国汽车制造商将与德国大众和美国特斯拉争夺世界第二大欧洲市场。

“我们很高兴将比亚迪的新能源乘用车产品和最新技术带到汽车之乡欧洲。我们愿意与当地优秀的经销商合作伙伴合作，为欧洲消费者提供高品质的新能源产品和服务。”在周一举行的四年来首次巴黎车展上，比亚迪国际合作部和欧洲汽车销售部总经理表示，比亚迪将在欧洲推广电动汽车。

首先，我们不得不承认，疫情加剧了中国的汽车出口热潮。除了疫情的影响，能够负担得起这样一个黄金窗口，也表明中国新能源汽车拥有技术和实力，中国品牌正逐渐得到海外市场的认可。在燃油车时代，中国汽车品牌的核心零部件技术发展较晚，无法在短时间内超越产品力。但在新能源汽车时代，当世界仍处于起步阶段时，中国新能源汽车品牌有望实现突破。一方面，它在电机和电池等核心技术方面取得了一些进展。另一方面，它也得益于国家补贴政策的支持。中国新能源汽车的续航能力、智能化和内饰设计也成为海外出口的独特优势。

与国外电动汽车相比，中国电动汽车的核心优势主要体现在技术上。2021，中国新能源汽车企业获得了3万多项相关专利，占全球总数的70%。在电动汽车领域，中国在车辆技术方面遥遥领先于欧美，如纯电动汽车和燃料电池汽车的专用平台，以及关键核心技术，如动力电池和第三代半导体。中国是世界电动汽车行业的“领导者”。

---