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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。


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  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。


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   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。


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  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。




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  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;


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     2. SiC材料應用在新能源汽車領域,可降低能耗20%;


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       3. SiC材料應用在家電領域,可節能50%;


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       4. SiC材料應用在風力發電領域,可提高效率20%;


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


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


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        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;


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       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);


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         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;


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        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。


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      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。


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    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。


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   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》2014418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

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