【科普】第三代半導(dǎo)體SiC技術(shù)的崛起

　　第一代半導(dǎo)體材料Si點(diǎn)燃了信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“星星之火”，而Si材料芯片也成就了“美國(guó)硅谷”高科技產(chǎn)業(yè)群，促使英特爾等世界半導(dǎo)體巨頭的誕生，95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路都是由Si材料制作。

　　目前全球40%能量作為電能被消耗，而電能轉(zhuǎn)換最大耗散是半導(dǎo)體功率器件。曾經(jīng)的“中流砥柱”Si功率器件已日趨其發(fā)展的材料極限，難以滿足當(dāng)今社會(huì)發(fā)展對(duì)于高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環(huán)境以及輕便小型化的新需求。以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體材料憑借其優(yōu)異屬性，將成為突破口，正在迅速崛起。

　　SiC作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，不但擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好，還具有載流子飽和漂移速度高、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)，可以用來制造各種耐高溫的高頻、高效大功率器件，應(yīng)用于Si器件難以勝任的場(chǎng)合。

　　以SiC等為代表的第三代半導(dǎo)體材料，將被廣泛應(yīng)用于光電子器件、電力電子器件等領(lǐng)域，以其優(yōu)異的半導(dǎo)體性能在各個(gè)現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域都將發(fā)揮重要革新作用，應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力巨大。

　　LED半導(dǎo)體照明是以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)突破口!SiC有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問題，減少了缺陷和位錯(cuò)，更高的電光轉(zhuǎn)換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱。基于此，303 lm/W大功率LED實(shí)驗(yàn)室光效記錄誕生，高密度級(jí)LED技術(shù)可實(shí)現(xiàn)尺寸更小、性能更高、設(shè)計(jì)更具靈活性的LED照明系統(tǒng)，開創(chuàng)性的SC5技術(shù)平臺(tái)和超大功率XHP LED器件可實(shí)現(xiàn)LED照明系統(tǒng)最高40%成本降低。

　　隨著SiC生產(chǎn)成本的降低，SiC半導(dǎo)體正在憑借其優(yōu)良的性能逐步取代Si半導(dǎo)體，打破Si基由于材料本身性能的所遇到瓶頸。無疑，它將引發(fā)一場(chǎng)類似于蒸汽機(jī)一樣的產(chǎn)業(yè)革命![NT:PAGE]

　　1. SiC材料應(yīng)用在高鐵領(lǐng)域，可節(jié)能20%以上，并減小電力系統(tǒng)體積;

　　2. SiC材料應(yīng)用在新能源汽車領(lǐng)域，可降低能耗20%;

　　3. SiC材料應(yīng)用在家電領(lǐng)域，可節(jié)能50%;

　　4. SiC材料應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，可提高效率20%;

　　5. SiC材料應(yīng)用在太陽能領(lǐng)域，可降低光電轉(zhuǎn)換損失25%以上;

　　6. SiC材料應(yīng)用在工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域，可節(jié)能30%-50%;

　　7. SiC材料應(yīng)用在超高壓直流輸送電和智能電網(wǎng)領(lǐng)域，可使電力損失降低60%，同時(shí)供電效率提高40%以上;

　　8. SiC材料應(yīng)用在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，可幫助數(shù)據(jù)中心能耗大幅降低(當(dāng)前全球300萬臺(tái)數(shù)據(jù)中心每小時(shí)耗電量約為3000萬千瓦);

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　　9. SiC材料應(yīng)用在通信領(lǐng)域，可顯著提高信號(hào)的傳輸效率和傳輸安全及穩(wěn)定性;

　　10. SiC材料可使航空航天領(lǐng)域，可使設(shè)備的損耗減小30%-50%，工作頻率高3倍，電感電容體積縮小3倍，散熱器重量大幅降低。

　　2014年伊始，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬親自主導(dǎo)成立了以SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。這一舉措的背后，是美國(guó)對(duì)以SiC半導(dǎo)體為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)力支持。據(jù)了解，這個(gè)產(chǎn)業(yè)目前已經(jīng)獲得美國(guó)聯(lián)邦和地方政府總計(jì)1.4億美元的合力支持。而早在2013年日本政府就將SiC納入“首相戰(zhàn)略”，認(rèn)為未來50%的節(jié)能要通過它來實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)造清潔能源的新時(shí)代。

　　正如美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在該產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立大會(huì)上所提到，以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)將可使筆記本電腦適配器的體積減少80%，也可以將一個(gè)變電站的體積縮小至一個(gè)手提箱的大小規(guī)格?；蛟S，這正是SiC半導(dǎo)體的魅力之所在。

　　未來，由半導(dǎo)體SiC材料制作成的功率器件將支撐起當(dāng)今節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨向，成為節(jié)能設(shè)備最核心的部件，因此半導(dǎo)體SiC功率器件也被業(yè)界譽(yù)為功率變流裝置的“CPU”、綠色經(jīng)濟(jì)的“核芯”。

　　信息來源1：國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

　　信息來源2：中國(guó)寬禁帶功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

　　信息來源3：《科技日?qǐng)?bào)》2014年4月18日星期五第7版整版“破解轉(zhuǎn)型難題：誰來擔(dān)當(dāng)重任-碳化硅產(chǎn)業(yè)崛起與經(jīng)濟(jì)大省轉(zhuǎn)型”

　　信息來源4：第十三屆全國(guó)MOCVD學(xué)術(shù)會(huì)議，南京大學(xué)鄭有炓院士，《第三代半導(dǎo)體材料面臨的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)》

　　配圖來源：除以上4個(gè)信息來源之外，部分圖片來自百度搜索與搜狗搜索，僅作示意之用