第三代半导体材料爆发！氮化镓站上最强风口

随着市场对半导体性能的要求不断提高，第三代半导体等新型化合物材料凭借其性能优势开始崭露头角，成为行业未来重要增长点。

相对于第一代（硅基）半导体，第三代半导体禁带宽度大，电导率高、热导率高。第三代半导体的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁带宽度的近3倍，具有更强的耐高压、高功率能力。

氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)并称为第三代半导体材料的双雄，由于性能不同，二者的应用领域也不相同。

氮化镓、高电流密度等优势，可显著减少电力损耗和散热负载，迅速应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域，是未来最具增长潜质的化合物半导体。

与GaAs和InP等高频工艺相比，氮化镓器件输出的功率更大；与LDCMOS和SiC等功率工艺相比，氮化镓的频率特性更好。

随着行业大规模商用，GaN生产成本有望迅速下降，进一步刺激GaN器件渗透，有望成为消费电子领域下一个杀手级应用。

GaN主要应用于生产功率器件，目前氮化镓器件有三分之二应用于军工电子，如军事通讯、电子干扰、雷达等领域。

在民用领域，氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。氮化镓基站PA的功放效率较其他材料更高，因而能节省大量电能，且其可以几乎覆盖无线通讯的所有频段，功率密度大，能够减少基站体积和质量。

氮化镓在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。随着5G高频通信的商业化，GaN将在电信宏基站、真空管在雷达和航空电子应用中占有更多份额。

根据Yole估计，大多数Sub 6GHz的蜂窝网络都将采用氮化镓器件，因为LDMOS无法承受如此之高的频率，而砷化镓对于高功率应用又非理想之选。

同时，由于较高的频率会降低每个基站的覆盖范围，需要安装更多的晶体管，因此市场规模将迅速扩大。

Yole预测，GaN器件收入目前占整个市场20%左右，到2025年将占到50%以上，氮化镓功率器件规模有望达到4.5亿美元。

从产业链方面来看，氮化镓分为衬底、外延片和器件环节。

尽管碳化硅被更多地作为衬底材料（相较于氮化镓），国内仍有从事氮化镓单晶生长的企业，主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等。

从事氮化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海陆重工、晶湛半导体、江苏能华、英诺赛科等。

从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰 科技 、赛微电子、聚灿光电、乾照光电等。

GaN技术的难点在于晶圆制备工艺，欧美日在此方面优势明显。由于将GaN晶体熔融所需气压极高，须采用外延技术生长GaN晶体来制备晶圆。

其中日本住友电工是全球最大GaN晶圆生产商，占据了90%以上的市场份额。GaN全球产能集中于IDM厂商，逐渐向垂直分工合作模式转变。美国Qorvo、日本住友电工、中国苏州能讯等均以IDM模式运营。

近年来随着产品和市场的多样化，开始呈现设计业与制造业分工的合作模式。

尤其在GaN电力电子器件市场，由于中国台湾地区的台积电公司和世界先进公司开放了代工产能，美国Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等设计企业开始涌现。

在射频器件领域，目前LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）、GaAs（砷化镓）、GaN（氮化镓）三者占比相差不大，但据Yoledevelopment预测，至2025年，砷化镓市场份额基本维持不变的情况下，氮化镓有望替代大部分LDMOS份额，占据射频器件市场约50%的份额。

GaAs芯片已广泛应用于手机/WiFi等消费品电子领域，GaN PA具有最高功率、增益和效率，但成本相对较高、工艺成熟度略低，目前在近距离信号传输和军工电子方面应用较多。

经过多年的发展，国内拥有昂瑞微、华为海思、紫光展锐、卓胜微、唯捷创芯等20多家射频有源器件供应商。

根据2019年底昂瑞微董事长发表的题为《全球5G射频前端发展趋势和中国公司的应对之策》的报告显示，截至报告日，国内厂家在2G/3G市场占有率高达95%；在4G方面有30%的占有率，产品以中低端为主，销售额占比仅有10%。

目前我国半导体领域为中美 科技 等领域摩擦中的卡脖子方向，是中国 科技 崛起不可回避的环节，产业链高自主、高可控仍是未来的重点方向。第三代半导体相对硅基半导体偏低投入、较小差距有望得到重点支持，并具备弯道超车的可能。

镓与玻璃很合得来。把镓镀在玻璃上，可以制成很好的镜子。由于镓镜反射光的本领很强，并且能够经受很高的温度，在工业上获得了各种各样特殊的用途。

镓的熔点低，可与锌、锡、铟等制成易熔合金，用来制造自动救火龙头——当失火时，温度一升高，易熔合金就熔化了，水便从龙头中自动喷出。在镁中加入少量镓，可以提髙镁的耐腐蚀性。镓也被用来制造镶牙合金。在原子能工业上，镓和铊的合金，被用来做载热剂。

人们利用镓熔点低的这一特点，用它来制造光电管。光电管受光线照射，便会产生光电流，光线越强，光电流越大，成了自动控制设备中的重要元件。另外，在电影、电视、光度计中，也要用到光电管。在医学上，铯的化合物用来医治休克病、白喉等。

扩展资料：

镓的化学性质

镓的脾气很古怪：它的熔点虽低，沸点却非常高，它要到1893℃才会沸腾！也就是说，从29.8℃到1893℃之间，镓一直是液态，而水银在360℃就沸腾了。所以，镓被用来制造高温温度计。这种温度计的外壳，用耐高温的石英玻璃制造。它可以测量1500℃以下的髙温。

镓在地球上非常稀少，所以在日常生活中极少看到它的足迹。镓通常住在矾土矿、闪锌矿等矿石里。

除了镓以外，铯放在手上，也会立即熔化。铯的熔点比镓还低，只有28℃。铯和镓一样，也是稀有金属。铯是在1860年被德国化学家本生用光谱分析法发现的。铯是银白色的金属，化学性质非常活泼。在空气中，它会自燃，射出紫色的光芒。铯一受光照，会释放出电子。

参考资料来源：百度百科-镓

p型半导体中掺入的三价元素是硼、铟、镓等。

要产生较多的空穴浓度就需依赖掺杂或缺陷。在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P型半导体。

对于Ⅳ族元素，半导体(锗、硅等)需进行Ⅲ族元素的掺杂对于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体(如砷化镓)，常用掺杂Ⅱ族元素来提供所需的空穴浓度。

在纯硅中掺入微量3价元素铟或铝，由于铟或铝原子周围有3个价电子，与周围4价硅原子组成共价结合时缺少一个电子，形成一个空穴。空穴相当于带正电的粒子，在这类半导体的导电中起主要作用。

扩展资料：

在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。

由于P型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故P型半导体呈电中性。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。

参考资料来源：百度百科--P型半导体

参考资料来源：百度百科--半导体

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