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花生财经:新能源和快充的重要材料——第三代半导体将迎大爆发

日期:2021-01-06 11:04:02 来源:花生财经 
花生财经:新能源和快充的重要材料——第三代半导体将迎大爆发

日前,阿里巴巴达摩院预测了2021年科技趋势,其中位列第一的是以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体将迎来应用大爆发。
究竟什么是第三代半导体?又为什么会迎来大爆发呢?
半导体发展历程
氮化镓,被誉为第三代半导体的理想材料,那么什么是“第三代半导体”?
第一代材料是硅(Si),大家通俗理解的硅谷,就是第一代半导体的产业园。
第二代材料是砷化镓(GaAs),为4G时代而生,目前的大部分通信设备的材料。
第三代材料目前比较成熟的有碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等,未来5G时代的标配。
第三代半导体是5G、人工智能、工业互联网等多个“新基建”产业的重要材料,同时也是世界各国半导体研究领域的热点。
氮化镓电子饱和速度高,是硅的2.5倍,是砷化镓的2倍,非常适合做微波器件,比如手机内的射频前端放大器、5g基站以及微波雷达。微波雷达并不限于应用在航天航空和国防领域,将来在新能源汽车自动驾驶里也有应用潜力,可利用它精确感知障碍物,指导自动驾驶数据及时调整。
此外,氮化镓还可用做功率开关器件,开关速度越快,电源转换系统就可以做得更小,功耗也能降低。手机充电器里就有功率开关器件,可以把220伏的交流电转化为5伏直流电,然后给手机充电。小型快速充电器就用了氮化镓功率开关器件,未来还有望用于无线充电器。
碳化硅晶体可以在碳化硅衬底上同质生长,缺陷密度低,可以充分发挥碳化硅耐高压特性,器件耐压能力很容易达到1200伏-1700伏。碳化硅功率开关器件适合高温、高压、大功率应用场景,未来将与“基于硅的绝缘栅双极晶体管”形成市场竞争,目前主要应用在电动车和充电桩。碳化硅已经用于特斯拉电动车,将来也适用于电网、机车牵引以及航天航空领域。

未来市场前景
根据《2020年第三代功率半导体报告》所统计,到2020年底,全球SiC 和GaN功率半导体的销售收入预计将从2018年的5.71亿美元增至8.54亿美元。未来十年的年均两位数增长率,到2029年将超过50亿美元。
目前氮化镓器件有三分之二应用于军工电子,如军事通讯、电子干扰、雷达等领域;在民用领域,氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。基站建设将是氮化镓市场成长的主要驱动力之一。
全球每年新建约150万座基站,未来5G网络还将补充覆盖区域更小、分布更加密集的微基站,对氮化镓器件的需求量将大幅增加。
此外,国防市场在过去几十年里一直是氮化镓开发的主要驱动力,目前已用于新一代空中和地面雷达。随着5G高频通信的商业化,氮化镓将在电信宏基站、真空管在雷达和航空电子应用中占有更多份额。
氮化镓功率器件在高频、高转换效率、低损耗、耐高温性能上完胜硅器件,随着下游应用端市场的扩大,规模化效应显现,以硅作为衬底材料的氮化镓外延成本将越来越低,最终在高端应用领域取代硅器件。

花生财经认为,目前我国在光电大部分领域实现领跑,但在功率器件及射频器件方面的发展还处于跟跑和并跑阶段,因此,我国对第三代半导体器件的研究极其迫切,需加快其产业发展,提前布局未来前景开阔的蓝海市场不失为极具前瞻性的战略选择。
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