深圳第三代半导体研究院

第三代半导体Sic究竟是何方神圣?

发表时间:2019-05-20 20:00

21世纪是信息技术大爆发的时代,在信息技术快速发展过程中,必然离不开半导体材料的迅猛发展。半导体材料、器件的发展必将引发一场全新的产业技术革命

以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料在短波长激光器、白光发光管、高频大功率器件等方面有广阔的应用,是目前半导体产业技术发展的一个热门方向。

SiC功率器件不仅能够在直流、交流输电,不间断电源,工业电机等传统工业领域广泛应用,而且在新能源汽车、太阳能光伏、风力发电等领域具有广阔的潜在市场

当然,大家对于半导体材料的首先要有耐心,没有耐心的人看到这里就可以去追剧了,不必在继续浏览了。但是我要提醒你,你将失去参与改变人类历史的机会!虽然你的离开从某种程度上也是改变了历史。有耐心的朋友们请仔细的浏览下去,让你对这个能改变历史的材料,多一点了解。
一、SiC材料与应用领域

1、SiC材料简介

2、SiC材料性能

与第一代半导体材料Si和第二代半导体材料GaAs相比,SiC具有更优良的物理和化学性质,这些性质包括高热导率、高硬度、耐化学腐蚀、耐高温、对光波透明等。


3、SiC材料应用

以SiC为代表的宽禁带半导体功率器件是目前在电力电子领域发展最快的功率半导体器件之一。

SiC材料优异的热学特性和抗辐照特性也使其成为制备紫外光电探测器的首选材料之一。

此外,SiC基传感器能够弥补Si基传感器在高温、高压等恶劣环境下的性能缺陷,从而拥有更广阔的适用空间。


二、SiC功率器件与优势

SiC功率器件可使电力电子系统的功率、温度、频率、抗辐射能力、效率和可靠性倍增,带来体积、重量以及成本的大幅减低。


三、SiC功率半导体产业链

按照从材料至最终应用的划分,SiC功率半导体产业链主要包括衬底、外延、器件与模块、应用等产业环节。

1、衬底制备

目前商用SiC单晶生长基本上采用升华法,该方法具有合适的生长速度,有利于规模化生产。

2、外延生长

经过多年发展,化学气相沉积(CVD)生长已成为SiC外延生长的主要方法。

3、器件与模块

由于SiC材料具有耐腐蚀、高硬度和易碎性等特点,所以其加工工艺难度比普通的Si和GaAs等半导体材料更高。

SiC电力电子器件主要包括功率二极管和三极管(晶体管、开关管)。

4、产品应用

SiC功率器件应用领域可以按电压划分:

低压应用(600 V至1.2kV):高端消费领域(如游戏控制台、等离子和液晶电视等)、商业应用领域(如笔记本电脑、固态照明、电子镇流器等)以及其他领域(如医疗、电信、国防等)

中压应用(1.2kV至1.7kV):电动汽车/混合电动汽车(EV/HEV)、太阳能光伏逆变器、不间断电源(UPS)以及工业电机驱动(交流驱动AC Drive)等。

高压应用(2.5kV、3.3kV、4.5kV和6.5kV以上):风力发电、机车牵引、高压/特高压输变电等。


四、全球重点企业

目前全球有超过30家公司在电力电子领域拥有对SiC、GaN相关产品的生产、设计、制造与销售能力,并正在进行相关的SiC、GaN的技术研发。

五、市场状况

1、国际市场状况与预期

法国行业研究公司Yole最新报告数据显示:2021年,用于功率器件的SiC衬底市场规模将超过3亿美元,外延的市场规模有望突破1亿美元。

功率器件(包括SiC二极管、晶体管和模块在内)市场规模,将从2015年的2亿美元上涨到2021年5.5亿美元,2015~2021年的复合年增长率(CAGR)达到19%。

2、国内市场状况与预期

根据CSA Research预测,到2020年,我国SiC与GaN功率器件产业整体市场规模约为226亿元,其中SiC市场规模85亿元。2015~2020年,我国SiC电力电子器件复合增长率将超过40%。

据材料深一度预测,至2020年,我国SiC电力电子应用市场规模(包括衬底、外延、器件在内)将达到47.5亿元。

开关电源领域SiC市场价值约为6亿元。

新能源并网光伏发电领域汇流管和风电变桨辅助电源用SiC材料整体市场规模将达1.09亿元213万元。

轨道交通领域应用整体市场价值达4467万元。

交流电机领域的SiC市场规模达33亿元。

UPS应用SiC材料的市场价值将达1.86亿元

新能源汽车中应用SiC材料的市场价值将达5.1亿元。

六、小结

由于能源和环境问题日益凸显,节能环保和低碳发展逐渐成为全球共识。降低能耗、提高能源使用效率是当今世界各国节能减排的重大举措。

以SiC为代表的宽禁带半导体材料及功率器件被公认将成为电子电力应用的一次革命,受到世界各国政府与产业界的广泛关注和高度重视,将成为增长潜力巨大的战略性产业。

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