日前，阿裏巴巴達摩院預測了2021年科技趨勢，其中位列第一的是以氮化镓和碳化矽為(wei) 代表的第三代半導體(ti) 將迎來應用大爆發。第三代半導體(ti) 與(yu) 前兩(liang) 代有什麽(me) 不同？為(wei) 何這兩(liang) 年會(hui) 成為(wei) 爆發的節點？第三代半導體(ti) 之後，什麽(me) 材料會(hui) 再領風騷？記者采訪了專(zhuan) 家。

　　禁帶寬度，是用來區分不同代際半導體(ti) 的關(guan) 鍵參數。

　　作為(wei) 第三代半導體(ti) ，氮化镓和碳化矽的禁帶寬度分別為(wei) 3.39電子伏特和3.26電子伏特，較高的禁帶寬度非常適合高壓器件應用。氮化镓電子飽和速度高，是矽的2.5倍，是砷化镓的2倍，非常適合做微波器件，比如手機內(nei) 的射頻前端放大器、5G基站以及微波雷達。微波雷達並不限於(yu) 應用在航天航空和國防領域，將來在新能源汽車自動駕駛裏也有應用潛力，可利用它精確感知障礙物，指導自動駕駛數據及時調整。

　　此外，氮化镓還可用做功率開關(guan) 器件，開關(guan) 速度越快，電源轉換係統就可以做得更小，功耗也能降低。手機充電器裏就有功率開關(guan) 器件，可以把220伏的交流電轉化為(wei) 5伏直流電，然後給手機充電。“現在受到歡迎的小型快速充電器，就用了氮化镓功率開關(guan) 器件，未來還有望用於(yu) 無線充電器。”

　　不過，氮化镓也有局限，需要在藍寶石、矽、碳化矽等襯底上異質外延生長。由於(yu) 材料不同，熱膨脹係數和晶格常數不匹配，會(hui) 造成異質外延材料缺陷高。這時候，碳化矽的優(you) 勢就顯現出來了。碳化矽晶體(ti) 可以在碳化矽襯底上同質生長，缺陷密度低，可以充分發揮碳化矽耐高壓特性，器件耐壓能力很容易達到1200伏—1700伏。碳化矽功率開關(guan) 器件適合高溫、高壓、大功率應用場景，未來將與(yu) “基於(yu) 矽的絕緣柵雙極晶體(ti) 管”形成市場競爭(zheng) ，目前主要應用在電動車和充電樁。“碳化矽已經用於(yu) 特斯拉電動車，將來也適用於(yu) 電網、機車牽引以及航天航空領域。”

　　第三代半導體(ti) 之前僅(jin) 小範圍應用，為(wei) 何這兩(liang) 年會(hui) 成為(wei) 爆發的節點？“其實我國的半導體(ti) 設計能力並不弱，比如，華為(wei) 就自主研發了7納米麒麟芯片。我國的集成電路行業(ye) ‘短板’主要集中在原材料、設計軟件和製造設備上，所以才導致小尺寸矽集成電路加工受製於(yu) 人。而第三代半導體(ti) ，器件完全可以采用現有的大尺寸器件加工平台完成，例如，功率開關(guan) 器件，隻需0.35微米—0.5微米加工工藝，製造線稍加改造調整即可。第三代半導體(ti) 的應用大爆發，也可以看作是‘彎道超車’，希望我們(men) 國家在這方麵贏得時機，跑在前麵。”專(zhuan) 家稱。據介紹，中車集團和上海積塔半導體(ti) 都在建設6英寸碳化矽生產(chan) 線。

　　第三代半導體(ti) 之後，什麽(me) 材料會(hui) 再領風騷？“絕緣體(ti) 的禁帶寬度很大，很難通過摻雜使其導電。但近年來隨著技術的不斷發展，有些絕緣體(ti) 也可以當作半導體(ti) 使用，因此被認為(wei) 是第3.5代半導體(ti) 。”

　　比如，金剛石和氮化鋁，它們(men) 的禁帶寬度分別為(wei) 5.45電子伏特和6.2電子伏特，非常適合於(yu) 高溫、高輻射等極端環境下的功率開關(guan) 器件應用。“不過，要想合成單晶、大尺寸的金剛石還非常困難，道路還很長。”專(zhuan) 家說。