电阻率是表现物质导电性的基本参数，某种物质的电阻率实际上就是当电流垂直通过由该物质所组成的边长为1m的立方体时呈现的电阻。显然，物质的电阻率越低，其导电性就越好反之，若物质的电阻率越高，其导电性就越差。在电法勘探中，电阻率的单位采用欧姆·米来表示(或记作Ω·m)。显然，电阻率的倒数1/ρ为电导率，以σ来表示，它直接表征了岩石的导电性能。
自然状态下的岩土是由各种固体岩石或矿物组成的，并且或多或少含有一定数量的孔隙水。因此，研究介质的导电性，必须研究它的组成———固体矿物和孔隙水的导电性。
(一)介质的导电机制
1.固体矿物的导电机制
按照导电机制可将固体矿物分为三种类型:金属导体、半导体和固体电解质。
在金属导体和半导体中导电作用都是通过其中的某些电子在外电场作用下定向运动来实现的，它们都是电子导体。
(1)各种天然金属属于金属导体
这类矿物在地壳中并不经常出现，但当其出现时便具有一定的经济价值。比较重要的天然金属有自然铜、自然金。此外，石墨是具有某些特殊性质的一种电子导体。
在金属导体中，对传导电流起贡献的粒子(载流子)基本上脱离了金属离子的束缚，能在晶体中自由运动的几率相同，故总的看来不显出电荷的定向运动，即没有电流。当存在外电场时，自由电子趋于反电场方向运动，因而在导体内出现电流。金属导体的导电性十分好，其电阻率ρ值很低，一般ρ≤1Ω·m。
(2)大多数金属矿物属于半导体
其电阻率高于金属导体，通常ρ=10－6～106Ω·m。这是因为半导体中能参与导电性的电子数目较少。自然界中矿物半导体的性质多半同其所含杂质的种类和含量有关，有时微量(例如含量10－5)的杂质便可使半导体导电性提高几个级次。由于这种成因，矿物的电阻率值都有较大的变化范围。表1－9列出若干常见介质及其电阻率值的变化范围。
表1－9 常见介质的电阻率值的变化范围
(3)固体电解质
绝大多数造岩矿物(如辉石、长石、云母、方解石、角闪石、石榴子石等)在导电机制上属于固体电解质。固体电解质是由正、负离子靠静电力(离子键)结合的离子晶体。固体电解质导电载流子为填隙离子或空格点，故其属于离子导电。通常，固体电解质的电阻率很高，一般ρ>106Ω·m。
2.孔隙水的导电机制
几乎所有的天然岩土都或多或少地含有水分。这些存在于岩、土裂隙或孔隙中的水分(统称孔隙水)通常对岩、土的导电性质有影响。蒸馏水的导电性极差，几乎可以看成是绝缘的。但是，天然岩土中的孔隙水总是在不同程度上含有某些盐分(电解质)，当电解质溶于水形成电解液时，其中一部分电解质的正、负离子会彼此分开，并可在溶液中互不依赖地自由运动，即所谓电离或离解。电解液正是借助于其中处于电离状态的正、负离子而导电，故为离子导体。电解液的电阻率与其载流子———离解的正、负离子的浓度和迁移率成反比。一般来说，岩石孔隙水溶液中离解的正、负离子的浓度和迁移率都远大于造岩矿物(固体电解质)中填隙离子或空格点的浓度和迁移率。因此，孔隙水的电阻率一般都远小于造岩矿物。大量实测资料证明，岩石孔隙水的电阻率值很少超过100Ω·m，通常在1～10Ω·m之间。
(二)影响岩、土导电性的因素
岩石和土都是矿物的集合体，并且常常含有一定的孔隙水。因此，岩、土的电阻率必然和它的组成矿物的结构、构造及其相互作用及所含水的导电性、含量等有关。
1.岩土电阻率与其成分和结构的关系
大多数岩矿和土，可视为由均匀相连的胶结物和不同形状的矿物颗粒所组成。其电阻率决定于这些胶结物和矿物颗粒的电阻率、形状及其百分含量。自然界含片状或针状良导矿物的网脉状或细脉状金属矿石，沿网脉或细脉方向的电阻率值，大大低于同等金属矿物含量的浸染状矿石电阻率而含片状、树枝状高阻矿物(如石英脉)的岩石，垂直于岩脉方向上的电阻率值往往很高，因此，一般情况下，岩石、矿石的结构构造比矿物颗粒含量对岩石、矿石电阻率的影响更重要。
下面讨论层状构造岩石的电阻率。
大多数沉积岩和某些变质岩，由于沉积旋回和构造挤压作用往往使两种或多种不同的薄层交替成层，形成层状构造。一般情况下层状岩石的电阻率也具有方向性，即各向异性。
两种电阻率分别为ρ1和ρ2的薄层岩石交替成层，若两种薄层的总厚度分别为h1和h2，则沿层理和垂直层理方向的电阻率ρt和ρn分别由下式表示:
环境与工程地球物理勘探
由以上两式可看出:由不同电阻率(ρ1≠ρ2)薄层岩石交替形成的层状岩石，不论ρ1和ρ2的相对大小如何，亦不论h1和h2多大(不能为零)，其电阻率具有非各向同性，并且，总是沿层理方向的电阻率ρt小于垂直于层理方向的电阻率ρn。定义层状岩石的各向异性系数为
环境与工程地球物理勘探
和平均电阻率为
环境与工程地球物理勘探
以表征层状岩石的各向异性程度和平均导电性。表1－10列出了几种常见岩石的各向异性系数(λ)。由表可见，某些岩石(如石墨化碳质页岩、泥质页岩等)在垂直和平行层理两个方向的电阻率相差竟达4～7倍以上。这在推断解释电法勘查资料时，必须引起充分重视。
表1－10 几种常见岩石的各向异性
2.岩石、矿石电阻率与所含水分的关系除含有良导电矿物的金属矿石或矿化岩石外，绝大多数岩石由造岩矿物组成。这样看来，似乎岩石的电阻率应与固体电解质的电阻率具有相同的数量级，都在106Ω·m以上但实际上自然状态下岩石电阻率低于此值，甚至有低达n×10Ω·m以下的情况。这是因为岩石都在不同程度上含有导电性较好、并且彼此有相互连通的水溶液的原因。
孔隙中充满水分的砂、砾石的电阻率ρ与其体积含水量(湿度)和孔隙水电阻率的关系可由式(1－15)导出:
环境与工程地球物理勘探
式中:ρ水为孔隙水的电阻率ω为岩石的体积含水量。
式(1－19)表明:岩石电阻率ρ随ρ水成正比关系变化，同时与湿度ω成反比关系变化。这种反比关系在湿度很小(ω从零到百分之几)时尤其明显。因为当湿度减小到一定程度后，岩石中的水呈现为附着在岩石孔隙表面的薄膜水，彼此不相连通，因而使岩石电阻率急剧增大。
对于孔隙未被水充满的岩石，电阻率与ω和ρ水的关系比较复杂，但总的规律仍是岩石电阻率与ρ水成正比，并随ω增大而减小。因此，岩石所含水分的多少和孔隙水电阻率的高、低乃是决定含水岩石电阻率的两个基本因素。表1－11列出了几种天然水的电阻率值。
表1－11 几种常见天然水的电阻率
岩石的电阻率不仅与岩石孔隙度的大小有关，而且还决定于孔隙的结构。通常当孔隙连通较好时，其中水分对岩石电性影响较大而空穴式孔隙(如喀斯特溶洞或喷出岩的气孔等)，因其彼此不相连通，即使充满了水分，对岩石整体电阻率的影响也较小。节 理或裂隙式孔隙，具有明显方向性，往往使岩石电阻率具有各向异性，沿节 理或裂隙方向电阻率较低，垂直方向上电阻率较高。
3.岩石、矿石电阻率与温度的关系
电子导电矿物或矿石的电阻率随温度增高而上升离子导电岩石的电阻率随温度增高而降低。地壳中岩石、矿石的温度与两种因素有关:距离地表的远近和季节 气候的变化。其中太阳辐射引起的季节 变化只能影响地表上层约15m的深度，一般在地表下20～25m地段，岩石、矿石的温度(即地温)不受季节 影响，保持为当地年平均温度，该段称为常温带。常温带以下，地温随深度的增加而增高。地温每升高1℃所下延的深度为地温陡率。各地的地温增加率是不同的，在我国平均为40m左右增高1℃。这样，在地下1600m深处的地温将比地面约高40℃。在那里，金属矿物的电阻率增高20%，而含水岩石的电阻率差不多降低50%。通过对深部岩石电阻率的观测，给出某地区地下温度场的变化特征，可用于寻找地热资源或研究地质构造。在探查金属及非金属矿产时，由于所研究的深度一般很少超过1000m，在通常的气温条件下，温度对岩石、矿石电阻率的影响不大。但在研究深部构造或地热田时，则必须考虑地温对岩石电阻率的影响。此外，应当指出，当气温降至0℃以下时，将会使地表含水岩石或土壤的电阻率发生很大变化。
图1－11 含水砂岩电阻率随温度变化的实验曲线(砂岩孔隙度为12%含水量ω=1.5%)
图1－11的实验结果表明:随温度降低至0℃以下，含水砂岩的电阻率显著增高。当温度降到－16℃时，含水砂岩的电阻率高达106Ω·m以上，比冰点以上的电阻率值大3个量级。冰冻岩石电阻率显著增高是岩石中孔隙水结冰后失去了导电性水溶液的缘故。由于孔隙水总含有一定盐分，盐分使溶液的冰点降低当孔隙水的一部分结冰后，盐离子移向仍旧为液相的那一部分，使其含盐量增大，冰点进一步降低。因此，岩石中孔隙水的结冰过程发生于一个较大的温度范围，而不是发生在某个特定的温度。图1－11中的实验结果正反映了这种情况。
冰冻季节 地表岩石或土壤电阻率显著增高，对电法勘查有很大影响，一方面它使电极接地电阻增大，造成直流电法施工困难另一方面，表层电阻率增高使其他干扰减小，因而对感应类电法来说，是十分有利的工作条件。
4.岩、矿石电阻率与压力的关系
在压力极限内，压力大使孔隙中的水挤出来，则ρ变大，压力超出岩石破坏极限，则岩石破裂，使ρ降低。
(三)岩、矿石的电阻率
综上所述，由于影响岩、矿石电阻率的因素众多，自然状态下某种岩、矿石的电阻率并非为某一特定值，而多是在一定范围内变化。顺便指出，在岩、矿石的所有物理性质中，以电阻率的变化范围最大。在电法勘查所研究的深度范围内，岩石的导电作用几乎全是靠充填于孔隙中的水溶液来实现的。仅在少数情况下，如当岩石中含有相当数量、并且彼此相连的磁铁矿、石墨或黄铁矿等导电矿物，或是在相当深处，岩石的孔隙结构被上覆地层的压力所封闭时，岩、矿石中矿物颗粒的作用才占主导地位。前一种情况下的矿石可能具有很低的电阻率(<10Ω·m)而后一种情况下的岩石电阻率往往高达104Ω·m以上。
含水岩石的电阻率与其岩石学特征的地质年代有某些间接关系，因为这两者对岩石的孔隙度或储水能力以及所含水分的盐量都有影响。表1－12概括了这种关系的一般特征(Keller and Frischnecht，1966)，表中从左到右岩石的孔隙度逐渐减小，如海相碎屑岩其孔隙度高达40%，其电阻率相应较低化学沉积岩实际上可认为不含水分，其电阻率最高。表中自上而下岩石的地质年代由新到老，显然，愈老的岩石胶结程度和致密程度愈高，因而孔隙度和储水能力愈低，电阻率愈高。
表1－12 不同地质年代各种岩石电阻率的变化范围
必须指出，如果由于变质作用使正常情况下的多孔岩石的孔隙度变小，或是高阻岩石中导电矿物含量相当多，以致足以降低其电阻率时，都会使岩石电阻率与表1－12中所列的变化范围不同，应当根据标本或露头测定结果具体了解当地岩石的电阻率值。
行业主要上市企业：目前国内第三代半导体行业的上市公司主要有华润微(688396)三安光电(600703)士兰微(600460)闻泰科技(600745)新洁能(605111)露笑科技(002617)斯达半导(603290)等。
定义
以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AIN)为代表的宽禁带半导体材料，被称为第三代半导体材料，目前发展较为成熟的是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。
与传统材料相比，第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，因此，其为基础制成的第三代半导体具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的导热率，以及更强的抗辐射能力等诸多优势，在高温、高频、强辐射等环境下被广泛应用。
行业发展现状
1、产值规模逆势增长
随着5G、新能源汽车等市场发展，第三代半导体的需求规模保持高速增长。同时，中美贸易战的影响给国产第三代半导体材料带来了发展良机。2020年以来，在国内大半导体产业增长乏力的大背景下，我国第三代半导体产业实现逆势增长。
2021年我国第三代半导体产业电力电子和射频电子两个领域实现总产值达127亿元，较2020年增长20.4%。
其中SiC、GaN电力电子产值规模达58亿元，同比增长29.6%。GaN微波射频产值达到69亿元，同比增长13.5%，较前两年稍有放缓。
2、产能大幅增长但仍供应不足
根据CASA数据显示截至2020年底，我国SiC导电型衬底折算4英寸产能约40万片/年，SiC-on-SiC外延片折算6英寸产能约为22万片/年，SiC-onSiC器件/模块(4/6英寸兼容)产能约26万片/年。
GaN-on-Si外延片折算6英寸产能约为28万片/年，GaN-on-Si器件/模块折算6英寸产能约为22万片/年。
2021年，第三代半导体产能建设项目如火如荼开展，据CASA不完全统计，2021年大陆地区SiC衬底环节新增投产项目7项，披露新增投产年产能超过57万片。三安半导体、国宏中能、同光科技、中科钢研、合肥露笑科技等企业相继宣布进入投产阶段。此外，微芯长江、南砂晶圆、泽华电子三家宣布SiC项目工程封顶。
但随着新能源汽车、5G、PD快充等市场的发展，我国国产化第三代半导体产品无法满足庞大的市场需求，目前有超过八成产品以来进口。可见第三代半导体产品国产化替代空间较大。
3、电力电子器件市场规模超70亿元
2017-2021年，中国SiC、GaN电力电子器件应用市场快速增长。2021年我国SiC、GaN电力电子器件应用市场规模达到71.1亿元，同比增长51.9%，第三代半导体在电力电子领域渗透率超过2.3%，较2020年提高了0.7个百分点。
目前，GaN电力电子器件主要应用在快充领域。SiC电力电子器件重点应用于新能源汽车和充电桩领域。我国作为全球最大的新能源汽车市场，第三代半导体器件在新能源汽车领域的渗透快于整车市场，占比达57%PD快充占9%PV光伏占了7%。
2021年，我国GaN微波射频器件市场规模约为73.3亿元，同比增长11%。其中国防军事与航天应用规模34.8亿元，成为GaN射频主要拉动因素。
全国各地5G基站建设在近几年达到高峰，2021年无线基础设施是我国GaN微波射频器件的主要应用领域，占比约50%，其次为国防军事应用，市场占比约为43%。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国第三代半导体材料行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》。
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