嗨,欢迎来到兆亿微波官方商城!
服务热线: 010-62975458  17600099251
购物车图片 购物车 ( )
全部商品分类

第三代半导体让快充、电动车、5G飞速发展

2021/3/4 10:33:50
浏览次数: 9

半导体行业从诞生至今,先后经历了三代材料的变更历程。第三代半导体材料主要是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带(禁带宽度 Eg>2.3eV)的半导体材料。


据了解,我国把大力支持发展第三代半导体产业,写入“十四五”规划,计划在2021-2025年期间,在教育、科研、开发、融资、应用等等各个方面,大力支持发展第三代半导体产业,以期实现产业独立自主。 


第三代半导体让快充、电动车、5G飞速发展


与我们熟悉的传统第一代、第二代半导体材料硅(Si)和砷化镓(GaAs)相比,第三代半导体具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的性能,使其在光电器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器件等方面展现出巨大的潜力。


碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)作为第三代半导体的代表材料受到市场的关注。全球第三代半导体产业赛道已经开启,其制成芯片可被广泛用于新一代通信、电动车等热门新兴产业。


第三代半导体迎风口


半导体材料其实已经历经了三代的发展,第一代是四五十年代开始以锗、硅为代表的IV族半导体材料,把人类带进电子晶体管收音机的时代,而第二代是从上世纪六七十年代开始,以III-V族半导体的发展开辟了光电和微波应用。


第三代半导体材料的出现最早是从八十年代开始,以碳化硅SiC、氮化镓GaN为代表,主导资源和能源节约,催生了新型照明、显示等新应用需求和产业。


实际第三代半导体材料已经出现了很长时间,一般情况下这些材料的真正应用都需要至少十年以上的培育期。举一个例子,一个电子产品的核心部分有计算逻辑类器件(如CPU、GPU),也会有存储部分(RAM、硬盘),此外还会有提供电力和控制的模块。电子产品里面的各类器件,它的基础材料基本都是以硅Si为主,而第三代半导体就是要为未来提供能够比硅Si材料更加优良的器件核心材料。


以第三代半导体的典型代表碳化硅(SiC)为例,碳化硅具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点,使得其器件适用于高频高温的应用场景。相较于硅器件,碳化硅器件可以显著降低开关损耗。因此,碳化硅可以制造高耐压、大功率的电力电子器件如MOSFET、IGBT、SBD等,用于智能电网、新能源汽车等行业。


与硅元器件相比,氮化镓具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高的电子迁移率的特点,是超高频器件的极佳选择,适用于5G通信、微波射频等领域的应用。


由于制造设备、制造工艺以及成本的劣势,多年来第三代半导体材料只是在小范围内应用,无法挑战硅基半导体的统治地位。不过在5G和新能源汽车等新市场需求的驱动下,第三代半导体材料有望迎来加速发展。硅基半导体的性能已无法完全满足5G和新能源汽车的需求,碳化硅和氮化镓等第三代半导体的优势被放大。


此外,制备技术的进步使得碳化硅和氮化镓器件成本不断下降,碳化硅和氮化镓的性价比优势将充分显现。第三代半导体材料已被认为是当今电子产业发展的新动力,而其核心增长点将集中在碳化硅和氮化镓各自占优势的领域。


经历几十年的发展,硅材料的研究已经很成熟,而基于硅材料制造的器件在设计和开发也经历了几代的优化和更新,无可否认,硅材料的极限已经逐渐显现。第三代半导体属于后摩尔定律概念,制程和设备要求相对不高,难点在于第三代半导体材料的制备,同时在设计上要有优势。


随着硅器件逐渐接近其理论极限值,利用第三代半导体材料制造的器件要比硅Si和砷化镓GaAs的性能更好。


根据Omdia的《2020年碳化硅和氮化镓功率半导体报告》,到2020年底,全球碳化硅和氮化镓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。未来十年的年均增长率将维持两位数,到2029年将超过50亿美元。


快充市场有望快速增长


2019年9月,OPPO发布国内首款氮化镓充电器SuperVOOC 2.0,充电功率为65W;2020年2月,小米推出65W 氮化镓充电器,体积比小米笔记本充电器缩小48%,并且售价创下业内新低。


消费级氮化镓充电器市场新起,小米成为第一家将氮化镓充电器单独零售的手机企业,而且售价创下业内新低。小米的加入直接加速氮化镓充电器的渗透,各大手机厂商会马上跟进。


氮化镓具备导通电阻小、损耗低以及能源转换效率高等优点,由氮化镓制成的充电器还可以做到较小的体积。氮化镓充电器最主要的成本来自于氮化镓MOS功率芯片,昂贵的原材料导致了消费级氮化镓充电器价格高昂,但氮化镓充电器是实现快充突破的关键,未来将成为各大主流手机厂商的标。


安卓端率先将氮化镓技术导入到快充领域,随着应用的逐步扩大,规模化效应会逐步凸显,成本将越来越低,氮化镓充电器的渗透率会加速上升。


据充电头网统计,在智能手机行业中,目前已有华为、小米、OPPO、魅族、三星、努比亚、realme等多个品牌推出了氮化镓快充产品。电商方面,目前也有17家品牌先后推出了数十款氮化镓快充新品。已经出货的电源厂商超过100家。


据了解,目前已经有厂商计划2021年继续把快充功率进一步提升,从现在商用的最高120W提高到125W,这需要继续在氮化镓材料上投入研发。


据Yole预测,受消费者快速充电器应用推动,到2024年氮化镓电源市场规模将超过3.5亿美元,CAGR为85%,有极大增长空间。从生产端看,氮化镓功率半导体已开始批量出货,不过其价格仍然昂贵。原因在于其制造成本仍然较高,这是因为氮化镓生产主要仍然使用6英寸及以下晶圆生产。一旦成本可降低到一定门槛,市场就会爆发。


5G射频带动氮化镓产业发展


目前,全球5G正式步入商用,无线基础设施,智能手机和物联网建设将快速增长。在射频领域,氮化镓射频器件适合高频高功率场景,是5G时代的绝佳产品,将替代Si基芯片,应用在5G基站、卫星通信、军用雷达等场景。可以说,5G时代的到来让氮化镓站上了半导体行业的最强风口处,而随着新基建政策的落实和我国5G网络的大规模建设,5G射频的市场潜力将会十分巨大。


氮化镓射频器件更能有效满足5G高功率、高通信频段的要求。5G基站以及快充两个领域复合增速较快,有望成为氮化镓市场快速增长的主要驱动力。


目前从市场前景来看,我国推进5G商业化的脚步越来越快,尤其是今年的5G网络布网计划更是惊人,明显国内基站的建设力度在逐步扩大,而国内需求也将远大于国外。


根据计划,预计2020年5G新建基站有望达到80w座以上,其中大部分将以“宏基站为主,小基站为辅”的组网方式。5G商用宏基站将以64通道的大规模阵列天线为主,单基站PA(射频功率放大器)需求量接近200个,而基站功率放大器主要为LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)技术,但是LDMOS技术适用于低频段,在高频领域存在局限性。


氮化镓GaN在功率密度上的优势使其芯片体积大大缩小,在5G此类高功率、高频率射频应用中,能够获得更高的带宽、更快的传输速率和更低的功耗。


相同的性能下,GaN的射频芯片要比GaAs芯片面积降低10倍,比Si基LDMOS芯片面积降低7倍。LDMOS功率放大器的带宽会随着频率的增加而大幅减少,仅在不超过3.5GHz的频率范围内有效,相比之下,GaN 射频器件更能有效满足高功率、高通信频段和高效率等要求。


在5G时代对于射频器件高频高速的要求下,氮化镓GaN的射频器件迎来了机遇,其将会成为主流,并且会进一步压缩LDMOS的市场空间。据了解,GaN 能较好的适用于大规模 MIMO(多发多收 Multi InputMulti Output)通道。为了充分利用空间资源,提高频谱效率和功率效率,通过在基站侧安装几百上千根天线,实现大量天线同时收发数据。


目前5G布网采用“宏基站为主,小基站为辅”的组网方式,是网络广深覆盖的重要途径。除却宏基站外,小型和微型基站也是5G网络的重要组成部分。事实上由于5G主要采用3.5G及以上的频段,在室外场景下覆盖范围更小,受建筑物等阻挡,信号衰减更加明显,宏基站布设成本较高。此外宏基站占用面积较大,布设选址的难度高,因此5G网络的建设充分利用小基站布设简单快速的特性,令其跟宏基站配合组网,这是实现成本和网络最优的方案。


随着5G网络建设如火如荼进行,含有GaN的基站射频PA实现爆发式增长机会很大。目前我国5G宏基站使用的PA数量在2019年达到1843.2万个,2020年有望达到7372.8万个,同比增长有望达到4倍。预计今年,基于GaN工艺的基站PA占比将由去年的50%达到58%。


在目前国际环境承压下,国内通信设备厂商龙头华为和中兴等相信也会加大基站PA的自研力度和对国内厂商的采购规模。这对于整个5G射频器件相关的公司均会受益。


预计氮化镓无线基础设施的市场规模将从2018年的3.04亿美元增长至2024年的7.52亿美元,CAGR达16.3%。氮化镓射频功率市场规模从2018年的200万美元增长至2024年的10,460万美元,CAGR达93.38%,具有很大的成长空间。


汽车电子市场加速导入碳化硅器件


碳化硅作为第三代半导体另外一个重要代表,其将会受益于汽车电子化和电动车行业的快速发展迎来良好发展机遇。


在新能源汽车领域,碳化硅器件主要可以应用于功率控制单元、逆变器、车载充电器等方面。碳化硅功率器件轻量化、高效率、耐高温的特性有助于有效降低新能源汽车的成本。


2018年特斯拉Model 3采用了意法半导体生产的碳化硅逆变器,是第一家在主逆变器中集成全碳化硅功率模块的车企。以Model 3搭载的碳化硅功率器件为例,其轻量化的特性节省了电动汽车内部空间,高效率的特性有效降低了电动汽车电池成本,耐高温的特性降低了对冷却系统的要求,节约了冷却成本。


自特斯拉在引入碳化硅MOSFET到主驱上并迅速量产后,国内新能源汽车也开始跟进,且得到了市场的广泛接受。作为关键的第三代半导体材料,碳化硅在过去两年发展迅速,起初碳化硅衬底供应不足,为了解决这个问题,Cree和数个关键公司签署了长期供货协议,并在2019年5月宣布未来五年投资10亿美元,扩展衬底生产线。此外英飞凌收购了具有衬底制造技术的Siltectra,ST收购了Norstel55%的股权等。


相信随着碳化硅晶圆厂的产量进一步提高,将会吸引国际头部大公司加入竞争。对于碳化硅器件,特别是MOSFET价格会进一步降低,这也为碳化硅器件拿下更多的市场份额创造了条件。芯聚能总裁周晓阳表示,目前车用碳化硅器件领域会有越来越多玩家进入,同时随着行业快速发展,整个市场布局也是瞬息万变。


尽管未来前景很好,但碳化硅芯片本身具有场强、能隙、热导率、熔点、电子迁移率等方面的新特性,对封装提出了新要求和挑战,要想从设计到产品量产,其中的工艺实现要经历诸多严苛的挑战。


产业合作,新跑道实现追赶


在目前中美贸易摩擦加剧的环境下,美国对华为为首的中国科技公司的制裁力度越来越大,限制美国技术、软件、材料等方面的围剿。显然在摩尔定律下的先进制程技术,我国与国外的差距至少存在2-3代的水平,加上现在遭遇美国方面的技术封锁,要想在这条道路上实现快速追赶,基本是不可能。


时至今天,以摩尔定律作为根基的硅材料发展已经遭遇瓶颈,世界上目前能量产7nm的晶圆厂也只有台积电和三星两家,5nm为台积电,而对于5nm以下更先进制程的探索和研究也确实只剩下台积电和三星两大玩家,诸如英特尔、格芯等厂商基本是退出了对更先进制程的研发。


这说明单一追求制程精度的方式在当下是不可无限延续下去的,一方面需要投入巨大的研发资金,制程精度的提升将会越来越困难,另一方面制程精度的提升带来的性能提升相比以往要减少很多。


“摩尔定律”核心内容:价格维持不变时,集成电路上可容纳的元件数目,约每隔 18-24 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。显然硅材料时代的摩尔定律发展已经走到极限,如果要半导体继续遵循摩尔定律发展,底层材料的突破变得尤为重要。


美国、欧盟、日韩等国家和地区组织已经通过制定研发项目的方式来引导产业发展,它们认为突破的手段主要有两种,一是通过底层材料突破,第三代半导体材料是关键,除了氮化镓、砷化镓之外,碳化硅也是重要的方向;二是采用SIP等高密度封装方式,在一定时间里面满足性能提升的需求。


国内半导体产业不断响起国产替代和自主可控的声音,而第三代半导体的兴起会是当中重要的出路。一方面目前已经进入第三代半导体产业的最佳发展窗口期,虽然国外包括美国、日本、欧盟等均已经开展相关研究和应用,但是国际半导体产业和设备等巨头还没完全形成产业、专利、标准、生态等垄断,窗口期至少有3年左右的时间。


另一方面LED发展令我国具备了第三代半导体,特别是氮化镓的产业基础,不但有一定的技术和产业的积累,同时中国在制造设备、产业链配套、人才队伍的建设上都有不俗的基础。


第三代半导体的概念在2020年非常火热,随着各类投资的进行,中国大陆的第三代半导体公司(包括衬底,外延,芯片制造,封装测试,应用)都已经有一个长足的进步,发展非常迅速,在2021年相信能进一步缩小与国际水平的差距。


不过同时也看到,国内在第三代半导体上的投资也出现一窝蜂的状况,能实现有效的商业化产能的就会不多。芯聚能方面坦言,虽然中国大陆的第三代半导体和国际先进水品的的差距比中国大陆硅基集成电路先进工艺和国际先进水平的差距小的多,但是差距也是全方位的,主要表现在材料,设备,检验检测能力等。


“只有整个产业链加大合作力度,在每个细分环节都有几个关键企业协同攻关,才有可能尽快缩小和国际先进水平的差距。同时,互惠的国际合作是必不可少的。”芯聚能补充。


如果按照产业的市场拉动来计算,预估第三代半导体在射频器件和功率器件两大领域的市场规模会到达接近5000-10000亿美元。在国外承压技术封锁的外部环境下,国家一系列的半导体发展政策,加上国内原有的技术产业积累,入局第三代半导体产业的厂商将会有宽阔的市场空间。


毕竟中国随着5G时代到来,诸如5G基站和相关射频建设、新能源汽车等领域都需要第三代半导体材料和器件的支持,大势所趋,未来更可期。


(以上内容整理自网络,如有侵权请联系删除!)


在线留言询价
推荐阅读
  • 点击次数: 1
    2026-04-10
    金升阳HO1-P102-30F系列30W定电压输入DC/DC模块电源,专为0-1000V高压+30mA大电流场景研发设计,凭借高压大电流输出、全参数实时检测、工业级严苛性能等核心特性,为各行业高压设备提供稳定、高效、可靠的高品质电力保障。HO1-P102-30F系列优势:超高能效更节能满载典型效率90%,远高于行业同类型高压电源,有效降低高压大电流设备的整机功耗,适配工业设备节能设计标准,长期使用可大幅节省用电成本。超低空载功耗更经济空载输入电流实测仅14mA,空载功耗低至0.336W,完美适配需长期待机的高压检测、监测设备,大幅减少设备待机阶段的电能损耗,兼顾设备待机需求与能耗控制。工业级可靠性采用全贴片化设计与自动化焊接技术,生产过程高度自动化,有效避免手工焊接的虚焊、漏焊等质量隐患,显著提升产品可靠性与稳定性。高精度实时监测功能配备电压检测引脚与电流检测引脚,均以0-5V信号实时反映0-1000V输出电压、0-30mA输出电流的变化,可直接对接设备控制系统,实现电源参数的实时监控与反馈,提升设备智能化水平。HO1-P102-30F系列特点:● 空载输入电流低至14mA● 工作效率高达90%● 输出电压0-1000V线性连续可调● 自带电压电流检查信号● 支持外控电压调节与电位器调节两种方式HO1-P102-30F系列应用:其主要针对0-1000V高压、30mA大电流、需电压/电流实时检测的核心需求,精准适配电力、精密仪器、工业测控、新能源等行业的专用设备。免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多电子元器件行业信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行删除。
  • 点击次数: 1
    2026-04-10
    英飞凌科技(以下简称“英飞凌”)与西安为光能源科技有限公司(以下简称“为光能源”)正式达成深度合作,携手开启能源技术革新新篇章。双方将依托英飞凌领先的1200V TRENCHSTOP™ IGBT7及CoolSiC™ MOSFET G2碳化硅分立器件技术,赋能为光能源研发更紧凑、高效的通用固态变压器(SST)产品,大幅提升其在储能系统与充电桩领域的应用效能。双方还计划携手将英飞凌全新碳化硅模块引入数据中心SST应用领域,提前布局SST在数据中心爆发式增长前的战略机遇,共同推动能源技术的持续进步与广泛应用。在电力系统中,可靠性是SST稳定运行、保障供电连续性的基石,更直接关乎运维成本与整体经济效益。英飞凌新一代1200V CoolSiC™ MOSFET G2凭借创新设计,成为SST高可靠性应用的理想之选:增强型.XT扩散焊技术大幅提升散热效率,使SST在高温工况下稳定运行,显著延长系统寿命、增强可靠性;而沟槽栅设计与严苛生产管控,使栅极开启阈值电压参数分布更集中,保障多器件并联时的高可靠性,同时简化系统设计与控制,为SST市场提供了高可靠、易运维的优质解决方案。为光能源在其SST系统中采用1200V TRENCHSTOP™ IGBT7与CoolSiC™ MOSFET G2碳化硅分立器件,并创新性地运用混合三电平拓扑技术,最高效率突破至98.5%,大幅降低能源损耗,提升能源利用效率;同时,系统尺寸显著缩减,链路结构更精简,从全链路层面显著提升了系统可靠性,树立了行业效率与可靠性的双重标杆。免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多电子元器件行业信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行删除。
  • 点击次数: 1
    2026-04-09
    Vishay推出了一款新型双向Wilkinson功率分压器/合路器,旨在提升航空航天、国防及高频连接应用的效率并节省空间。Vishay Sfernice WLKN-000 在15 GHz至20 GHz的广泛频段内工作,集成表面贴装封装下,在19 GHz以下实现了业内最低的插入损耗0.5 dB。凭借其宽广的频率范围和10 dB至15 dB的回波损耗,该设备简化了系统设计,同时减少了所需的外部元件,从而节省板空间并降低成本。其紧凑的1817封装集成了三端口解决方案,支持分频器和合并功能,简化了布局。该器件的低插入损耗通过减少信号路径中的功率消耗,提高了系统效率。与窄带或基于电阻的解决方案不同,WLKN-000 提供高输出到输出隔离——中心频率为 20 dB——以最小化串扰,保护下游放大器在组合过程中,并保持并行射频路径上的稳定性能。此外,该设备在整个工作频段内具备出色的匹配特性。宽宽的温度范围(-55°C至+155°C)确保了在各种应用中严苛条件下的可靠性能。这些包括汽车的ADAS和无线电收发机;低地球轨道卫星和基站终端;5G / 6G 连接;无人机;武器制导系统;有效载荷系统;数据链阵列;以及相控阵雷达系统。WLKN-000符合RoHS标准,无卤素,采用Vishay Green技术。该设备可根据客户的频段、回波损耗、插入损耗、机壳尺寸等多种规格进行定制。HFSS加密型号也可用。免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多电子元器件行业信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行删除。
  • 点击次数: 0
    2026-04-08
    TDK公司宣布了其最新的MAF0603GWY系列降噪滤波器。这些滤波器尺寸仅为0.6毫米×0.3毫米×0.3毫米(长×宽×高),适用于智能手机和可穿戴设备等小型消费设备。新产品系列的量产计划于2026年4月开始。智能手机、可穿戴设备等音频线路辐射的电磁噪声会干扰内置天线,降低接收器的灵敏度。常见的对策是芯片珠。虽然它们有效抑制噪声,但缺点是降低音频线路的音质,用户可能会感到烦恼。新MAF0603GWY系列噪声抑制滤波器通过采用新开发的专有低失真铁氧体材料解决了这一缺陷。它对音频线特性的改变极小,并显著减少音频失真,消除了芯片珠使用时的音质劣化。它在5 GHz频段提供高衰减(阻抗最高可达3220 Ω,有效抑制噪声。与传统产品相比,它还具有更低的电阻以减少音频信号衰减,并实现宽广的动态范围。TDK将继续通过提供广泛的降噪滤波器和技术支持,将音频质量与电磁噪声对抗措施相结合,为移动和可穿戴设备提供通信功能,继续为行业做出贡献。主要应用智能手机、平板电脑和可穿戴设备的高频噪声对抗措施:蓝牙、Wi-Fi(2.4 GHz、5 GHz、6 GHz)、5G(Sub-6)、下一代通信标准(6G)等。主要特点与优势这些滤波器在高频段超过5 GHz的噪声衰减方面实现了衰减新开发的低失真铁氧体材料通过最小化音频线的性能波动,显著减少了音频失真以低于传统产品电阻的电阻减少音频信号衰减,实现宽广的动态范围免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多电子元器件行业信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行删除。
  • 点击次数: 1
    2026-04-07
    QPD1011A是一款7W(P3dB)、50欧姆输入匹配的SiC上GaN分立HEMT,工作频率为30 MHz至1200 MHz。集成输入匹配网络实现了宽带增益和功率性能,而输出可以在板上匹配,以优化频带内任何区域的功率和效率。该设备采用6 x 5mm无引线SMT封装,节省了已经空间有限的手持无线电的空间。具备的特征频率范围:50-1000MHz漏极电压:50V输出功率(P3dB):1 GHz时为8.7,负载拉动数据PAE(P3dB):1 GHz时为60%,负载拉动数据输入匹配50欧姆低热阻封装应用•军用雷达•民用雷达•陆地移动和军用无线电通信•测试仪器•宽带或窄带放大器•干扰器免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行删除。
热门分类
关于我们

───  公众号二维码  ───

兆亿微波商城微信公众号

兆亿微波商城www.rfz1.com是一个家一站式电子元器件采购平台,致力于为广大客户提供高质量、高性能的电子元器件产品。产品覆盖功放器件、射频开关、滤波器、混频器、功分器、耦合器、衰减器、电源芯片、电路板及射频电缆等多个领域,平台主营业务涵盖电子元器件现货销售、BOM配单及提供产品配套资料等,为客户提供一站式供应链采购服务。 

  • 品质 • 正品行货 购物无忧
  • 低价 • 普惠实价 帮您省钱
  • 速达 • 专业配送 按时按需
Copyright ©2020 - 2021 兆亿微波科技有限公司
X
1

QQ设置

    1
3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

5

电话号码管理

电话 电话 电话
010-62975458
    1
6

二维码管理

    1
返回顶部
展开