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第三代半導體SiC技術的崛起

　　發布時間：2015-01-07

第三代半導體SiC技術的崛起

    第一代半導體材料Si點燃了信息產業發展的“星星之火”，而Si材料芯片也成就了“美國硅谷”高科技產業群，促使英特爾等世界半導體巨頭的誕生，95%以上的半導體器件和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，而電能轉換最大耗散是半導體功率器件。曾經的“中流砥柱”Si功率器件已日趨其發展的材料極限，難以滿足當今社會發展對于高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環境以及輕便小型化的新需求。以SiC為代表的第三代半導體材料憑借其優異屬性，將成為突破口，正在迅速崛起。

 

  SiC作為一種寬禁帶半導體材料，不但擊穿電場強度高、熱穩定性好，還具有載流子飽和漂移速度高、熱導率高等特點，可以用來制造各種耐高溫的高頻、高效大功率器件，應用于Si器件難以勝任的場合。

 

   以SiC等為代表的第三代半導體材料，將被廣泛應用于光電子器件、電力電子器件等領域，以其優異的半導體性能在各個現代工業領域都將發揮重要革新作用，應用前景和市場潛力巨大。

 

  LED半導體照明是以SiC為代表的第三代半導體技術所實現的第一個突破口！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，更高的電光轉換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱?；诖?，303 lm/W大功率LED實驗室光效記錄誕生，高密度級LED技術可實現尺寸更小、性能更高、設計更具靈活性的LED照明系統，開創性的SC5技術平臺和超大功率XHP LED器件可實現LED照明系統最高40%成本降低。

 

  隨著SiC生產成本的降低，SiC半導體正在憑借其優良的性能逐步取代Si半導體，打破Si基由于材料本身性能的所遇到瓶頸。無疑，它將引發一場類似于蒸汽機一樣的產業革命！

    1. SiC材料應用在高鐵領域，可節能20%以上，并減小電力系統體積；

 

     2. SiC材料應用在新能源汽車領域，可降低能耗20%；

  

       3. SiC材料應用在家電領域，可節能50%；

 

       4. SiC材料應用在風力發電領域，可提高效率20%；

 

       5. SiC材料應用在太陽能領域，可降低光電轉換損失25%以上；

 

             6. SiC材料應用在工業電機領域，可節能30%-50%；

 

        7. SiC材料應用在超高壓直流輸送電和智能電網領域，可使電力損失降低60%，同時供電效率提高40%以上；

 

       8. SiC材料應用在大數據領域，可幫助數據中心能耗大幅降低（當前全球300萬臺數據中心每小時耗電量約為3000萬千瓦）；

 

         9. SiC材料應用在通信領域，可顯著提高信號的傳輸效率和傳輸安全及穩定性；

 

        10. SiC材料可使航空航天領域，可使設備的損耗減小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，美國總統奧巴馬親自主導成立了以SiC為代表的第三代寬禁帶半導體產業聯盟。這一舉措的背后，是美國對以SiC半導體為代表的第三代寬禁帶半導體產業的強力支持。據了解，這個產業目前已經獲得美國聯邦和地方政府總計1.4億美元的合力支持。而早在2013年日本政府就將SiC納入“首相戰略”，認為未來50%的節能要通過它來實現，創造清潔能源的新時代。

 

    正如美國總統奧巴馬在該產業聯盟成立大會上所提到，以SiC為代表的第三代半導體技術將可使筆記本電腦適配器的體積減少80%，也可以將一個變電站的體積縮小至一個手提箱的大小規格?；蛟S，這正是SiC半導體的魅力之所在。

 

   未來，由半導體SiC材料制作成的功率器件將支撐起當今節能技術的發展趨向，成為節能設備最核心的部件，因此半導體SiC功率器件也被業界譽為功率變流裝置的“CPU”、綠色經濟的“核芯”。

     

      信息來源1：國家半導體照明工程研發及產業聯盟

      信息來源2：中國寬禁帶功率半導體產業聯盟

     信息來源3：《科技日報》2014年4月18日星期五第7版整版“破解轉型難題：誰來擔當重任-碳化硅產業崛起與經濟大省轉型”

    信息來源4：第十三屆全國MOCVD學術會議，南京大學鄭有炓院士，《第三代半導體材料面臨的發展機遇與挑戰》

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