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第三代半导体器件刚开始商用,第四代半导体材料研究取得了不少突破

荷叶塘 来源:电子发烧友网 作者:程文智 2021-12-27 09:01 次阅读
电子发烧友网报道(文/程文智)这几年GaN和SiC等第三代半导体器件的商用化进展还不错,GaN器件在快充上开始大规模应用,SiC器件也在汽车上崭露头角。现在大家对第三代半导体器件的前景非常看好,很多企业也一头扎入了第三代半导体产业当中。
就在第三代半导体在商用化之路上高歌凯进的时候,第四代半导体材料也取得了不少进步。不久前,在与2021第十六届“中国芯”集成电路产业促进大会同期举办的“宽禁带半导体助力碳中和发展峰会”上,北京邮电大学电子工程学院执行院长张杰教授分享了《超宽禁带半导体氧化镓材料与器件研究》报告。
图:北京邮电大学电子工程学院执行院长张杰教授在分享氧化镓的研究成果
他在报告中表示,氧化镓是被国际普遍关注并认可的第四代半导体材料,是日盲光电器件最佳材料。他介绍了氧化镓材料的优势、发展进程,以及北邮在氧化镓材料研究方面取得的成果。
氧化镓材料的优势
后摩尔时代,具有先天性能优势的宽禁带半导体材料脱颖而出,将推动电力电子器件提高效率、提高密度、缩小尺寸、减轻重量、降低总成本。而超宽禁带的禁带宽度,决定了耐压值、损耗、功率、频率,以及使用等方面,超宽禁带材料相对于硅基和第三代半导体材料都有优势。
第四代半导体比较典型的材料有氧化镓、金刚石等。据张杰教授透露,北欧对氧化镓材料进行了长时间的研究工作。氧化镓半导体材料,是目前国际上普遍关注和认可的下一代超宽禁带代表性材料。
目前,对第四代半导体材料的研究和发展,已经进入了国际研究视野。与第三代半导体材料相比,第四代半导体材料在耐压性能、频率性能上又有一些新的提升。而且根据国际上著名出版集团每年对相关研究主题进行论文的学术统计,氧化镓的研究工作进入科睿唯安2021研究前沿物理类,已经得到了研究上的推进。
在张杰教授看来,未来氧化镓材料会在电力电子器件的应用上扮演相当重要的角色,因为与SiC材料相比,氧化镓可以将导通电阻降低7倍,损耗降低86%,可以满足功率半导体器件阻断状态可承受高电压;导通状态应具备高电流密度和低导通压降;以及满足开关时间短和损耗低的要求,非常适合电力电子器件的应用。
另外,氧化镓材料的性能也很强大,带隙宽度为4.9eV,击穿场强高达8MV/cm、Baliga优值达到了3214,导通电阻也很低。更为重要的是,一旦批量生产,氧化镓的成本仅为第三代半导体材料成本均值的1/3,它更具成本优势。
另外一个氧化镓材料应用,是利用它的超宽禁带的属性制作的光电子器件。也就是主要用于日盲光电器件,即紫外区域,波长短,禁带宽。由于日盲紫外技术在红外紫外双色制导、导弹识别跟踪、舰载通信等国防领域具有重大战略意义。当然,除了国防,该技术在电网安全监测、医学成像、海上搜救、环境与生化检测等民生领域也有很重要的应用。
氧化镓才来的发展进展
氮化镓和碳化硅等第三代半导体材料相比,氧化镓材料的研究水平要相对滞后。目前氧化镓材料还主要停留在试验研究和小批量商业供货阶段。但其前景其实还是很不错的。首先,其元素储量相对丰富,而且性能、能耗和未来成品率方面都算不错。就目前来看,其产业化相对容易。
对氧化镓材料的研究日本起步最早,2011年就开始大力发展与氧化镓相关的技术研究了,目前日本的商业化水平也做得最好。美国在2018年也开始了对氧化镓材料的研究。我国对材料的关注也在不断加强,在十四五规划里就将第三代半导体材料作为发展的重点,并且在科技规划里,将超宽禁带半导体材料列入了战略研究布局。2018年我国也启动了包括氧化镓、金刚石、氮化硼等在内的超宽禁带半导体材料的探索和研究。
目前在氧化镓方面的研究,日本走在的最前列,日本的田村是世界上首家研发出氧化镓单晶的公司,并进行了UVLED、紫外探测器的研发。张杰教授表示,目前全球只有田村有供给研究用的氧化镓单晶衬底。另根据公开的资料显示,田村在2017年的日本高新技术博览会上推出了氧化镓SBD功率器件。
关于氧化镓材料的产业化进展方面,首先需要做材料衬底,单晶制作。目前氧化镓的单晶制备方法有浮区法(FZ)、导模法(EFG)、提拉法(CZ)和垂直布里奇曼法(VB)几种。国际上已经开始了单晶制备方面的研究,但都是做小规模的试验应用。现在有两条路线比较受欢迎,即导模法和提拉法。
根据这几年的实践,大家对导模法的成品率比较认可,可以满足商业要求。大部分公司都采用了这一技术路线来制作单晶。田村商业供应的2英寸氧化镓单晶采用的就是该技术。2016年田村还用导模法生产出了6英寸单晶,但是并没有实现批量供货。国内不同的大学和机构也已经在开展相关的研究工作了。2019年底,北邮成功实现了导模法生长3英寸的单晶。
制备单晶的最终目的是为了生产各种各样的器件,目前在器件方面也有一些进展了。利用氧化镓材料生产的功率器件将有更高的耐压值,可以超越碳化硅和氮化镓的物理极限。
最后,张杰教授还介绍了北邮在氧化镓材料和器件研究方面取得的进展。据他介绍,北邮有一个信息光子学与光通信国家重点实验室,其中一个研究团队,重点做的就是氧化镓材料和器件的研究。负责人是唐为华教授,他在氧化镓领域工作了11年,重点解决了材料高腐蚀性、高挥发性以及易解理、多相共生等材料生长技术难点,满足均匀性非常好的单晶材料。
张杰教授表示,该团队不仅研究氧化镓材料和器件,还对氧化镓单晶材料的制备设备进行了研究。目前在器件方面,制作出了氧化镓基日盲紫外探测器分立器件和阵列成像器件;还制作出了氧化镓基肖特基二极管,实现了950V耐压,导通电阻可达2毫欧。未来两三年会制作出氧化镓MOS器件。
结语
目前,氧化镓材料可能并不是主流市场的商用化材料,但从目前的研究来看,氧化镓材料在大功率、高效率电子器件中,在实验室里,已经展示出非常好的一些性能,所以未来在大规模应用上,氧化镓或许会有不错的应用前景,不过在此之前,还有很多问题需要解决。
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    的头像 发表于 09-26 10:55 2016次阅读

    第三代半导体”是何方神圣?

    图爷说 近期,以碳化硅、氮化镓、金刚石为代表的第三代半导体概念异军突起,在上周五大盘低迷的情况下依然创下较好的市场表现。人们的关注点也开始聚焦在半导体身上。 很多人可能人云亦云,跟风购买了半导体股票
    的头像 发表于 09-26 11:04 3263次阅读

    第三代半导体 全村的希望

    什么是第三代半导体第三代半导体是以碳化硅SiC、氮化镓GaN为主的宽禁带半导体材料,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。 一、二、三代半导体
    的头像 发表于 09-28 09:52 2911次阅读
    <b>第三代</b><b>半导体</b>  全村的希望

    为什么说第三代半导体是中国大陆半导体的希望?

    从上面的数据可以看出,在第一半导体面前,第三代半导体的产值非常的小。国外发展第三代半导体不是因为生意有多么的大,是因为国防和科技信息技术的发展需要用到第三代半导体。同时,这是一个增量市场,也是企业可以寻求的增长空间。
    的头像 发表于 09-29 14:16 4389次阅读

    第三代半导体市场前景良好,将催生上万亿元潜在市场

    在日前于南京举办的世界半导体大会第三代半导体产业发展高峰论坛上,与会专家纷纷表示,近年来我国第三代半导体产业发展进程较快,基本形成了从晶体生长到器件研发制造的完整产业链。同时,我国在高速轨道交通
    的头像 发表于 10-09 16:44 3020次阅读

    LED产业链都在积极布局第三代半导体

    日前,有媒体报道称,据权威人士透露,十四五规划之中,我国计划在2021-2025年期间,在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面,大力支持发展第三代半导体产业,以期实现产业独立自主。一时间,资本市场
    的头像 发表于 10-13 15:47 2755次阅读

    第三代半导体跑出加速度!

    ,举全国之力,在教育、科研、开发、融资、应用等各个方面对第三代半导体发展提供广泛支持,以期实现产业独立自主。 该消息得到业内人士的证实,日前,在南京世界半导体大会暨第三代半导体产业发展高峰论坛上,国家新材料产业发展专家咨询委员会
    的头像 发表于 10-27 10:36 2654次阅读

    为什么说第三代半导体有望成为国产替代希望?

    ?为什么说第三代半导体有望成为国产替代希望? 第三代半导体也被称为宽带隙半导体,主要是以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的宽带隙半导体材料,其带隙宽度大于2.2eV,是5G、人工智能、工业互联网等多个新基建产业的重要材料,同时也是
    的头像 发表于 10-29 18:26 4181次阅读
    为什么说<b>第三代</b><b>半导体</b>有望成为国产替代希望?

    第三代半导体的发展研究

    。 什么是第三代半导体第三代半导体是以碳化硅SiC、氮化镓GaN为主的宽禁带半导体材料,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。 一、二、三代半导体什么区别? 一、材料 第一
    的头像 发表于 11-04 15:12 3789次阅读

    一、二、三代半导体什么区别?

    实现产业独立自主。 什么是第三代半导体第三代半导体是以碳化硅SiC、氮化镓GaN为主的宽禁带半导体材料,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。 一、二、三代半导体什么区别? 一、材料
    的头像 发表于 11-05 09:25 2.8w次阅读

    第三代半导体材料的产能和规模高速增长,产业发展总体趋势向好

    第三代半导体指禁带宽度大于2.2eV的半导体材料,也称为宽禁带半导体材料半导体材料共经历了个发展阶段:第一阶段是以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一半导体材料;
    的头像 发表于 11-06 17:20 3551次阅读
    <b>第三代</b><b>半导体</b><b>材料</b>的产能和规模高速增长,产业发展总体趋势向好

    瑞能半导体关于第三代半导体的发展思量

    近年来,随着半导体市场的飞速发展,第三代半导体材料也成为人们关注的重点。第三代半导体材料指的是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石(C)、氮化铝(AlN)等新兴材料。而这
    的头像 发表于 11-09 17:22 2381次阅读

    什么是第三代半导体?一、二、三代半导体什么区别?

    在5G和新能源汽车等新市场需求的驱动下,第三代半导体材料有望迎来加速发展。硅基半导体的性能已无法完全满足5G和新能源汽车的需求,碳化硅和氮化镓等第三代半导体的优势被放大。
    的头像 发表于 11-29 10:48 8.5w次阅读

    什么是第三代半导体?哪些行业“渴望”第三代半导体

    第三代半导体产业化之路已经走了好多年,受困于技术和成本等因素,市场一直不温不火。 但今年的市场形势明显不同,各大半导体器件企业纷纷加大了新产品的推广力度,第三代半导体开始频繁出现在各地园区
    的头像 发表于 12-08 17:28 1.1w次阅读

    第三代半导体将驶入成长快车道

    最近,“我国将把发展第三代半导体产业写入‘十四五’规划”引爆全网。什么是第三代半导体?发展第三代半导体的意义在哪儿?它凭什么一夜爆火
    的头像 发表于 12-14 11:02 2697次阅读

    半导体材料的演进情况,第三代半导体材料的发展

    第三代半导体材料行业是我国重点鼓励发展的产业,是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。为加快推进第三代半导体材料行业的发展,国家层面先后引发《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019
    的头像 发表于 12-29 14:59 4435次阅读

    第三代半导体将迎来应用大爆发?

    ,什么材料会再领风骚?记者采访了专家。  禁带宽度,是用来区分不同代际半导体的关键参数。  作为第三代半导体,氮化镓和碳化硅的禁带宽度分别为3.39电子伏特和3.26电子伏特,较高的禁带宽度非常适合高压器件应用。氮化镓电子饱和速度
    的头像 发表于 01-07 14:19 3060次阅读

    第三代半导体性价比优势日益凸显,规模商用尚需时日

    近期,阿里巴巴达摩院发布2021年十大科技趋势,“第三代半导体迎来应用大爆发”位列第一。达摩院指出,第三代半导体的性价比优势逐渐显现并正在打开应用市场。未来5年,基于第三代半导体材料的电子器件将广泛应用于5G基站、新能源汽车、特高压、数据中心等场景
    的头像 发表于 01-13 10:16 1958次阅读

    第三代半导体性价比优势日益凸显 但规模商用尚需时日

      近期,阿里巴巴达摩院发布2021年十大科技趋势,“第三代半导体迎来应用大爆发”位列第一。达摩院指出,第三代半导体的性价比优势逐渐显现并正在打开应用市场。未来5年,基于第三代半导体材料的电子器件
    的头像 发表于 01-15 14:24 1709次阅读

    星发力第三代半导体

    点燃半导体业新战火。   第三代半导体主要和氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)两种材料有关,不少大厂都已先期投资数十年,近年随着苹果、小米及现代汽车等大厂陆续宣布产品采用新材料的计划,让第三代半导体成为各界焦点。   目前各大厂都运用不同
    发表于 05-10 16:00 2389次阅读

    这家公司已开始布局第四代半导体材料

    有限公司(以下简称“山西烁科晶体”)实现了5G芯片衬底材料碳化硅的国产自主供应。 山西烁科晶体总经理李斌说,“通过我们整个研究院,企业之间也是能够互通有无,带动整个生态的创新。我们现在也在积极布局第四代半导体
    的头像 发表于 05-20 09:13 8156次阅读

    我国第三代半导体产业将迎来发展热潮

    在政策导向方面,多项新政策的出台,大大助力了第三代半导体材料产业的发展。近年来,国务院及工信部、科技部等多部门出台了一系列扶持第三代半导体材料产业发展的利好政策。
    的头像 发表于 06-09 09:20 3968次阅读
    我国<b>第三代</b><b>半导体</b>产业将迎来发展热潮

    第三代半导体材料有哪些 第三代半导体龙头股有哪些

    看到第三代半导体,你肯定会想第一、第二是什么。这里的 “代际”,是根据半导体制造材料来划分的 第一半导体材料主要有锗Ge,硅Si等,应用范围主要是:低压、低频,中功率晶体管、光电探测器等取代了
    的头像 发表于 07-09 15:40 1.7w次阅读

    2021半导体产业风向标-《第三代半导体产业发展高峰论坛》

    第三代半导体材料的禁带宽度是第一和第二半导体禁带宽度的近3倍,在高温、高压、高功率和高频领域将替代前两半导体材料
    发表于 10-11 14:35 1449次阅读
    2021<b>半导体</b>产业风向标-《<b>第三代</b><b>半导体</b>产业发展高峰论坛》

    第三代半导体行业深度报告

    来源:天风证券,如需下载,进入“华秋商城”公众号发送“2021第三代半导体”即可下载。 责任编辑:haq
    的头像 发表于 11-03 10:33 7797次阅读
    <b>第三代</b><b>半导体</b>行业深度报告

    第三代半导体器件的测试应用

    第三代半导体器件毫不夸张的讲为电源行业带来了革新,基于其高速,小体积,低功耗的特点,越来越广泛应用在消费电子及电力电子行业。下图显示了不同技术的功率器件的性能区别。可以看到,传统的Si基IGBT或者
    发表于 12-29 17:11 903次阅读
    <b>第三代</b><b>半导体</b><b>器件</b>的测试应用

    第四代半导体材料氧化镓的优势与发展进程

    电子发烧友网报道(文/程文智)这几年GaN和SiC等第三代半导体器件商用化进展还不错,GaN器件在快充上开始大规模应用,SiC器件也在汽车上崭露头角。现在大家对第三代半导体器件的前景非常看好,很多企业也一头扎入了
    的头像 发表于 01-01 14:53 3272次阅读

    第三代半导体市场小?只是现在产量小而已,而且是有原因的

    电子发烧友网报道(文/程文智)不久前,有朋友分享一篇文章,说第三代半导体的市场很小,无法跟硅基半导体相比。看过文章之后,其实他说的是目前及未来几年第三代半导体的产量很小。作为一个新兴技术,刚开始产量
    的头像 发表于 01-06 10:14 3254次阅读

    第三代半导体“蓝海”市场,对我们是挑战还是机遇?

    伴随着物联网、新能源和人工智能的发展,对半导体器件的需求日益增长,对相关器件可靠性与性能指标的要求也更加严苛,于是第三代半导体市场应运而生。近年国内的第三代半导体产业发展如火如荼,同时对高压、高电流
    的头像 发表于 01-08 00:16 51次阅读
    <b>第三代</b><b>半导体</b>“蓝海”市场,对我们是挑战还是机遇?

    第三代功率器件材料,氧化镓

    第三代半导体功率器件的理想材料,可以在溶剂中生长。
    的头像 发表于 01-13 17:39 109次阅读
    <b>第三代</b>功率<b>器件</b><b>材料</b>,氧化镓

    如何化解第三代半导体的应用痛点

    【导读】在集成电路和分立器件领域,硅始终是应用最广泛、技术最成熟的半导体材料,但硅材料技术的成熟恰恰意味着难以突破瓶颈。为了打破固有屏障,半导体产业进一步深入对新材料、新工艺、新架构的探索。凭借着在功率、射频应用中的显著性能优势,第三代半导体
    的头像 发表于 08-02 08:56 801次阅读
    如何化解<b>第三代</b><b>半导体</b>的应用痛点

    国内第三代半导体产业成为行业风口

    半导体列入国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项;与此同时,在地方政策方面,北京、深圳、江苏、成都、厦门、泉州、芜湖等均已发布或正在研究推动第三代半导体产业发展的扶持政策。
    的头像 发表于 08-02 08:57 1030次阅读

    什么是第四代半导体

    第四代半导体我们其实叫超禁带半导体,它分两个方向,一是超窄禁带,禁带宽度(指被束缚的价电子产生本征激发所需要的最小能量)在零点几电子伏特(eV),比超窄禁带更窄的材料便称为导体
    的头像 发表于 08-22 11:10 1.1w次阅读

    第三代半导体中的明星元器件产品

    近年来,「第三代半导体」这个名词频频进入我们的视野。尤其近年来「第三代半导体」在电动车、充电桩、高功率适配器等应用中的爆发式增长,使得其越来越贴近我们的生活。
    的头像 发表于 09-22 09:48 676次阅读

    第三代半导体的特点与选型要素

    第三代化合物半导体材料中,碳化硅(SiC)与方案商和中小设备终端制造商关系最大,它主要作为高功率半导体材料应用于电源,汽车以及工业电力电子,在大功率转换应用中具有巨大的优势。
    的头像 发表于 11-01 09:29 906次阅读

    第三代半导体材料有哪些

    第三代半导体材料有哪些 第三代半导体材料: 氨化家、碳化硅、氧化锌、氧化铝和金刚石。 从半导体材料项重要参数看,第三代半导体材料在电子迁移率、饱和漂移速率、禁带宽度项指标上
    发表于 02-07 14:06 1352次阅读

    第三半导体是什么?第三代半导体半导体的区别

     第三代半导体是一种新型的半导体材料,它可以提供更高的功率密度、更低的功耗和更高的效率。它们可以用于制造更小、更轻、更高效的电子元件,从而提高电子设备的性能。
    发表于 02-16 15:29 4526次阅读

    日企市场份额占比超9成,国内第四代半导体材料加速突破

    电子发烧友网报道(文/梁浩斌)最近国内关于第四代半导体的消息很多,特别是在材料制备方面似乎有不少突破。我们熟知的碳化硅、氮化镓等第三代半导体又被称为宽禁带半导体,而第四代半导体的其中一个重要特征
    的头像 发表于 03-27 01:49 1730次阅读
    日企市场份额占比超9成,国内<b>第四代</b><b>半导体</b><b>材料</b>加速<b>突破</b>

    中国领跑第四代半导体材料,氧化镓专利居全球首位

    发展到以氮化镓、碳化硅为代表的第三代以及以氧化镓、氮化铝为代表的第四代半导体。目前以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体器件正发展得如火如荼,在商业化道路上高歌猛进。   与此同时,第四代半导体材料研究也频频取得
    的头像 发表于 04-02 01:53 3409次阅读
    中国领跑<b>第四代</b><b>半导体</b><b>材料</b>,氧化镓专利居全球首位

    干货 | 第三代半导体器件可靠性检测知多少?

    第三代半导体具有广泛的应用,已成为战略物资,被美国列入301管制清单。检测是提高半导体器件质量与可靠性的重要保障,广电计量作为国有检测机构,在我国第三代半导体发展过程中,秉承国企担当,为光电子、电力电子、微波射频等第三代半导体大应用
    的头像 发表于 06-20 15:32 0次阅读
    干货 | <b>第三代</b><b>半导体</b><b>器件</b>可靠性检测知多少?

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