第一代、第二代、第三代半导体材料分别是?

第一代、第二代、第三代半导体材料分别是?,第1张

1.第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料。作为第一代半导体材料的锗和硅,在国际信息产业技术中的各类分立器件和应用极为普遍的集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用,硅芯片在人类社会的每一个角落无不闪烁着它的光辉。

2.第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

3.第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料。在应用方面,根据第三代半导体的发展情况,其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他4个领域,每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域,宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。

扩展资料

Si和化合物半导体是两种互补的材料,化合物的某些性能优点弥补了Si晶体的缺点,而Si晶体的生产工艺又明显的有不可取代的优势,且两者在应用领域都有一定的局限性,因此在半导体的应用上常常采用兼容手段将这二者兼容,取各自的优点,从而生产出符合更高要求的产品,如高可靠、高速度的国防军事产品。因此第一、二代是一种长期共同的状态。

但是第三代宽禁带半导体材料,可以被广泛应用在各个领域,消费电子、照明、新能源汽车、导d、卫星等,且具备众多的优良性能可突破第一、二代半导体材料的发展瓶颈,故被市场看好的同时,随着技术的发展有望全面取代第一、二代半导体材料。

参考资料百度百科——半导体材料

作者/朱公子

第三代半导体

我估摸着只要是炒股或者是关注二级市场的朋友们,这几天一定都没少听这词儿,如果不是大盘这几天实在是太惨了,估计炒作行情会比现在强势的多得多。

那到底这所谓的第三代半导体,到底是个什么玩意?值不值得炒?未来的逻辑在哪儿?

接下来,只要您能耐着性子好好看,我保证给它写的人人都能整明白,这可比你天天盯着大盘有意思的多了!

一、为什么称之为第三代半导体?

1、重点词

客官们就记住一个关键词—— 材料 ,这就是前后三代半导体之间最大的区别。

2、每一代材料的简述

①第一代半导体材料: 主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料。

兴起时间: 二十世纪五十年代。

代表材料: 硅(Si)、锗(Ge)元素半导体材料。

应用领域: 集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业。

历史 意义: 第一代半导体材料引发了以集成电路(IC)为核心的微电子领域迅速发展。

对于第一代半导体材料,简单理解就是:最早用的是锗,后来又从锗变成了硅,并且几乎完全取代。

原因在于: ①硅的产量相对较多,具备成本优势。②技术开发更加完善。

但是,到了40纳米以下,锗的应用又出现了,因为锗硅通道可以让电子流速更快。现在用的锗硅在特殊的通道材料里会用到,将来会涉及到碳的应用,下文会详细讲解。

②第二代半导体材料: 以砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)为代表,是4G时代的大部分通信设备的材料。

兴起时间: 20世纪九十年代以来,随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起,以砷化镓、锑化铟为代表的第二代半导体材料开始崭露头角。

代表材料: 如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

应用领域: 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材料。

因信息高速公路和互联网的兴起,还被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和 GPS 导航等领域。

性能升级: 以砷化镓为例,相比于第一代半导体,砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特性。

总结: 第二代是使用复合物的。也就是复合半导体材料,我们生活中常用的是砷化镓、磷化铟这一类材料,可以用在功放领域,早期它们的速度比较快。

但是因为砷含剧毒!所以现在很多地方都禁止使用,砷化镓的应用还只是局限在高速的功放功率领域。而磷化铟则可以用来做发光器件,比如说LED里面都可以用到。

③第三代半导体材料: 以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、金刚石为四大代表,是5G时代的主要材料。

起源时间: M国早在1993年就已经研制出第一支氮化镓的材料和器件。而我国最早的研究队伍——中国科学院半导体研究所,在1995年也起步了该方面的研究。

重点: 市场上从半年前炒氮化镓的充电器时,市场的反应一直不够强烈,那是因为当时第三代半导体还没有被列入国家“十四五”这个层级的战略部署上,所以单凭氮化镓这一个概念,是不足以支撑整个市场逻辑的!

发展现状: 在5G通信、新能源 汽车 、光伏逆变器等应用需求的明确牵引下,目前,应用领域的头部企业已开始使用第三代半导体技术,也进一步提振了行业信心和坚定对第三代半导体技术路线的投资。

性能升级: 专业名词咱们就不赘述了,通俗的说,到了第三代半导体材料这儿,更好的化合物出现了,性能优势就在于耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低。

有一点我觉得需要单独提一下:碳化硅与氮化镓相比较,碳化硅的发展更早一些,技术成熟度也更高一些;两者有一个很大的区别是热导率:在高功率应用中,碳化硅占据统治地位;氮化镓具有更高的电子迁移率,因而能够比碳化硅具有更高的开关速度,所以在高频率应用领域,氮化镓具备优势。

第三代半导体的应用

咱们重点说一说碳化硅 。碳化硅在民用领域应用非常广泛:其中电动 汽车 、消费电子、新能源、轨道交通等领域的直流、交流输变电、温度检测控制等。

咱先举两个典型的例子:

1.2015年,丰田 汽车 运用碳化硅MOSFET的凯美瑞试验车,逆变器开关损耗降低30%。

2.2016年,三菱电机在逆变器上用到了碳化硅,开发出了全世界最小马达。

而其他军用领域上,碳化硅更是广泛用于喷气发动机、坦克发动机、舰艇发动机、风洞、航天器外壳的温度、压力测试等。

为什么我说要重点说说碳化硅呢?因为半导体产业的基石正是 芯片 ,而碳化硅,正因为它优越的物理性能,一定是将来 最被广泛使用在制作半导体芯片上的基础材料

①优越的物理性能:高禁带宽度(对应高击穿电场和高功率密度)、高电导率、高热导率。而且,碳化硅MOSFET将与硅基IGBT长期共存,他们更适合应用在高功率和高频高速领域。

②这里穿插了一个陌生词汇:“禁带宽度”,这到底是神马东西?

这玩意如果解释起来,又得引申出如“能带”、“导带”等一系列的概念,如果不是真的喜欢,我觉得大家也没必要非去研究这些,单说在第三代半导体行业板块中,能知道这一个词,您已经跑赢90%以上的小散了。

客观们就主要记住一个知识点吧: 对于第三代半导体材料,越高的禁带宽度越有优势

③主要形式:“衬底”。半导体芯片又分为:集成电路和分立器件。但不论是集成电路还是分立器件,其基本结构都可划分为“衬底 -外延-器件”结构,而碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料。

④生产工艺流程:

原料合成——晶体生长——晶锭加工——晶体切割——晶片研磨——晶片抛光——晶片检测——晶片清洗

总结:晶片尺寸越大,对应晶体的生长与加工技术难度越大,而下游器件的制造效率越高、单位成本越低。目前国际碳化硅晶片厂商主要提供4英寸至6英寸碳化硅晶片,CREE、II-VI等国际龙头企业已开始投资建设8英寸碳化硅晶片生产线。

⑤应用方向:科普完知识、讲完生产制造,最终还是要看这玩意儿怎么用,俩个关键词:功率器件、射频器件。

功率器件: 最重要的下游应用就是—— 新能源 汽车

现有技术方案:每辆新能源 汽车 使用的功率器件价值约700美元到1000美元。随着新能源 汽车 的发展,对功率器件需求量日益增加,成为功率半导体器件新的增长点。

新能源 汽车 系统架构中,涉及到功率器件包括——电机驱动系统、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩。碳化硅功率器件应用于电机驱动系统中的主逆变器。

另外还应用领域也包括——光伏发电、轨道交通、智能电网、风力发电、工业电源及航空航天等领域。

射频器件: 最重要的下游应用就是—— 5G基站

微波射频器件,主要包括——射频开关、LNA、功率放大器、滤波器。5G基站则是射频器件的主要应用方向。

未来规模:5G时代的到来,将为射频器件带来新的增长动力!2025年全球射频器件市场将超过250亿美元。目前我国在5G建设全球领先,这也是对岸金毛现在狗急跳墙的原因。

我国未来计划建设360万台-492万台5G宏基站,而这个规模是4G宏基站的1.1-1.5倍。当前我国已经建设的5G宏基站约为40万台,未来仍有非常大的成长空间。

半导体行业的核心

我相信很多客官一定有这样的疑问: 芯片、半导体、集成电路 ,有什么区别?

1.半导体:

从材料方面说 ,教科书上是这么描述的:Semiconductor,是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的一类材料;

按功能结构区分, 半导体行业可分为:集成电路(核心)、分立器件、光电器件及传感器四大类。

2.集成电路(IC, integrated circuit):

最经典的定义就是:将晶体管、二极管等等有源元件、电阻器、电容器等无源元件,按照一定的电路互联,“集成”在一块半导体单晶片上,从而完成特定的电路或者系统功能。

3.芯片:

半导体元件产品的统称 ,是指内含集成电路的硅片,是集成电路的载体,由晶圆分割而成。硅片是一块很小的硅,内含集成电路,它是计算机或者其他电子设备的一部分。

为什么说集成电路,是半导体行业的核心? 那是因为集成电路的销售比重,基本保持在半导体销售额的80%。

比如,2018年全球4700亿美元的半导体销售额中,集成电路共计3900亿美元,占比达84%。

第三代半导体的未来方向

中国半导体业进入IDM模式是大势所趋,其长久可持续性我非常认可。但是讲到IDM,又有一堆非常容易混淆的概念,篇幅实在是太长了,咱们就不再拆分来讲了,你只要知道IDM最牛逼就完事了!

IDM: 直译:Integrated Design and Manufacture, 垂直整合制造

1.IDM企业: IDM商业模式,就是国际整合元件制造商模式。其厂商的经营范围涵盖了IC设计、IC制造、封装测试等各个环节,甚至也会延伸到下游电子终端。典型厂商:Intel、三星、TI(德州仪器)、东芝、ST(意法半导体)等。

2.IDM模式优势:

(1)IDM模式的企业,内部有资源整合优势,从IC设计到IC制造所需的时间较短。

(2)IDM企业利润比较高。根据“微笑曲线”原理,最前端的产品设计、开发与最末端的品牌、营销具有最高的利润率,中间的制造、封装测试环节利润率较低。

(3)IDM企业具有技术优势。大多数的IDM企业都有自己的IP(知识产权),技术开发能力比较强,具有技术领先优势。

3.IDM重要性

IDM的重要性是不需要用逻辑去判断的,全球集成电路市场的60%由IDM企业所掌握。比如三星电子、恩智浦、英飞凌、NXP等。

4.中国为什么要发展IDM模式?

IDM模式的优势: 产业链内部直接整合、具备规模效应、有效缩短新产品上市时间、并将利润点留在企业内部。

市场的自然选择: 此外,中国已成为全球最大的集成电路消费市场,并具有丰富的劳动力资源,对于发展自有品牌的IDM具有市场优势和成本优势。

现在,无论是被M国的封锁倒逼出来,还是我们自主的选择,我们都必须开拓出一条中国IDM发展之路!

现状: 目前国内现有的所谓IDM,其制造工艺水平和设计能力相当低,比较集中在功率半导体,产品应用面较窄,规模做不大。我知道,这些事实说出来挺让人沮丧的,但这就是事实。

但正因为我们目前处在相对落后的阶段,才更加需要埋头苦干、咬牙追赶,然后一举拿下!

本来写这篇文章的时候不想说股的,但还是提几只吧,也算是给咱们国家的半导体事业做一点点微小的贡献。

射频类相关优质标的:卓胜微、中天 科技 、和而泰、麦捷 科技 ;

IDM相关优质标的:中环股份、上海贝岭、长电 科技


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