【中美科技戰懶人包】中國催谷新科技領域 第三代半導體是什麼？
發布時間： 2020/09/14 19:47
最後更新： 2020/09/14 19:47
▲ 【中美科技戰懶人包】中國力谷新科技領域 第三代半導體是什麼？
中美科技戰白熱化之際，彭博社報道，中方已制訂全方位戰略，在十四五規劃（2021-2025年）期內發展第三代半導體產業，這項任務的優先程度，「如同當年製造原子彈一樣」。第三代半導體與第一、二代有何分別？三代半導體的沿革與發展歷程又如何？這裡作扼要闡述。
簡單來說，三代半導體的不同，是在於使用物料的不同。
- 第一代是以矽（Si）、鍺（Ge）為主要原料。
- 第二代是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等化合物為主要原料。
- 第代是以氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）、硒化鋅（ZnSe）等寬帶半導體原料為主。
相較第一代和二代半導體材料，第三代具有更高效能、更高功率等優勢，應用範疇更廣，例如適用於5G通訊、軍用雷達和電動車等產品。而半導體從第一代發展至第三代，經歷了超過半個世紀。
【第一代半導體】
起源時間：二十世紀五十年代
代表材料：矽（Si）、鍺元素（Ge）半導體材料
歷史意義：第一代半導體材料引發了集成電路（IC）為核心的微電子領域迅速發展。
由於矽材料的帶隙較窄、電子遷移率和擊穿電場較低，Si 在光電子領域和高頻高功率器件方面的應用受到諸多限制。但第一代半導體具有技術成熟度較高且具有成本優勢，仍廣泛應用在電子信息領域及新能源、矽光伏產業中。
【第二代半導體】
起源時間：20世紀九十年代以來，隨着移動通信的飛速發展、以光纖通信為基礎的信息高速公路和互聯網的興起，以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代半導體材料開始嶄露頭角。
代表材料：第二代半導體材料是化合物半導體；如砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）；GaAsAl、GaAsP；還有一些固溶體半導體，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半導體（又稱非晶態半導體），如非晶矽、玻璃態氧化物半導體；有機半導體，如酞菁、酞菁銅、聚丙烯腈等。
歷史意義：第二代半導體材料主要用於製作高速、高頻、大功率以及發光電子器件，是製作高性能微波、毫米波器件及發光器件的優良材料。
因信息高速公路和互聯網的興起，還被廣泛應用於衛星通訊、移動通訊、光通信和GPS導航等領域。如相比於第一代半導體，砷化鎵（GaAs）能夠應用在光電子領域，尤其在紅外激光器和高亮度的紅光二極管等方面。
從21世紀開始，智能手機、新能源汽車、機械人等新興的電子科技發展迅速，同時全球能源和環境危機突出，能源利用趨向低功耗和精細管理，傳統的第一、二代半導體材料由於自身的性能限制已經無法滿足科技的需求，這就呼喚需要出現新的材料來進行替代。
【第三代半導體】
起源時間：美國早在1993年就已經研製出第一支氮化鎵的材料和器件，而中國最早的研究隊伍——中國科學院半導體研究所在1995年也起步該方面的研究，並於2000年做出HEMT結構材料。
代表材料：第三代半導體材料主要以碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶（Eg》2.3eV）半導體材料。
發展現狀：在5G通信、新能源汽車、光伏逆變器等應用需求的明確牽引下，目前，應用領域的頭部企業已開始使用第三代半導體技術，也進一步提振了行業信心，以為第三代半導體技術路線的投資。
主要功能：與第一代和第二代半導體材料相比，第三代半導體具有更高功率，預期可以被廣泛應用在各個領域，諸如5G設備、消費電子、照明、新能源汽車、導彈、衛星等，且具備眾多的優良性能可突破第一、二代半導體材料的發展瓶頸。
有報道指，目前沒有任何國家在新興的第三代技術佔據主導地位，中國押注，若加快研發步調、且取得成果的話，可望提升本國企業的競爭力。
責任編輯：鄧國強
