近年,以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)等寬禁帶化合物為代表的第三代半導體材料在引發全球矚目,成為全球半導體研究前沿和熱點,中國也不例外地快馬加鞭進行部署。有專家指出,第三代半導體材料是以低碳和智能為特征的現代人類信息化社會發展的基石,是推動節能減排、轉變經濟發展方式,提升新一代信息技術核心競爭力的決定性因素之一,有著不可替代的支撐作用。那么,這一迅速崛起的第三代半導體材料,能否讓中國掌控新一輪半導體照明發展的話語權?
第三代半導體材料雙雄:SiC和GaN
半導體產業的發展先后經歷了以硅(Si)為代表的第一代半導體材料,以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導體材料,從上世紀五六十年代以來,這兩代半導體材料為工業進步、社會發展做出了巨大貢獻。如今,以SiC、GaN、氧化鋅、金剛石、氮化鋁為代表的寬禁帶半導體材料以更大的優勢力壓第一、二代半導體材料成為佼佼者,統稱第三代半導體材料。
作為一種新型寬禁帶半導體材料,第三代半導體材料在許多應用領域擁有前兩代半導體材料無法比擬的優點,具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等特點,可實現高壓、高溫、高頻、高抗輻射能力,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,以及光電子和微電子等產業的“新發動機”,尤其是新一代半導體照明關鍵的器件,具有廣泛的基礎性和重要的引領性。而從目前第三代半導體材料和器件的研究來看,較為成熟的是SiC和GaN半導體材料,而氧化鋅、金剛石、氮化鋁等材料的研究尚屬起步階段。在一番紛紛擾擾之后,SiC和GaN無疑成為第三代半導體材料雙雄,發展最為迅速。
上世紀90年代之后,GaN進入快速發展時期,年均增長率達到30%,日益成為大功率LED的關鍵性材料。此后,GaN也同SiC一起,進軍功率器件市場。2012年,GaN市場中僅有兩三家器件供應商,2013年以來,陸續有很多公司推出新產品,整體市場空間得到了較好擴充。而SiC的商業化應用在21世紀才全面鋪開,但商業化生產的SiC早在1987年就存在了。與低一級的Si相比,SiC有諸多優點:有高10倍的電場強度,高3倍的熱導率,寬3倍禁帶寬度,高1倍的飽和漂移速度。因為這些特點,使其小至LED照明、家用電器、新能源汽車,大至軌道交通、智能電網、軍工航天,都具備優勢,所以SiC的市場被各產業界頗為看好。