投稿|第三代半导体“勘误”：比亚迪与斯达半导们的红与黑( 三 )
来到21世纪，现代工业对高功率、高电压、高频率电子器件的需求陡增，这对半导体材料的禁带宽度、击穿电场强度、电子饱和速率、热导率等关键参数提出了更加严苛的要求 。在此情况下，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料脱颖而出，即我们常说的第三代半导体 。
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如我所做上表，所谓的宽禁带半导体是指禁带宽度大于或等于2.3电子伏特的半导体材料 。此类半导体还具有高击穿电场强度、高饱和电子漂移速率、高热导率等优势，在功率半导体、新能源汽车、光伏风电、半导体照明、5G基站、特高压、光电子等领域有不可替代优势，为世界电子产业发展注入了新动力 。
SiC和GaN作为两个最核心的第三代半导体材料，也有着自己独特的优越性和应用前景 。
首先看SiC，这是目前综合性能最好、商品化程度较高、技术最为成熟的第三代半导体材料 。SiC单晶材料可分为导电型衬底和半绝缘衬底两种，在导电型SiC衬底上生长SiC外延层制得的SiC外延片，可进一步制成功率器件，并应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域；在半绝缘型SiC衬底上生长GaN外延层制得的SiC基GaN外延片，可进一步制成微波射频器件，应用于5G通讯、雷达军工等领域 。
SiC材料制成的器件还有减少能源损耗、提高能源转换效率的突出优点 。
例如，应用在新能源汽车领域，可降低能耗20%；应用在光伏领域，可降低光电转换损失25%以上；应用在风力发电领域，可提高效率20%；应用在超高压直流输送电和智能电网领域，可使电力损失降低60%，同时供电效率提高40%以上；
应用在家电领域，可节能50%；应用在高铁领域，可节能20%以上，并减小电力系统体积；应用在工业电机领域，可节能30%-50%；应用在通信领域，可显著提高信号的传输效率和传输安全及稳定性；应用航空航天领域，可使设备的损耗减小30%-50%，工作频率提高3倍，电感电容体积缩小3倍，散热器重量大幅降低 。
其中，新能源汽车是SiC增长最快、空间最大的应用场景 。特斯拉在Model 3中使用SiC逆变器能够提升5-10%的续航，节省400-800美元的电池成本，与新增200美元的SiC器件成本抵消后，能够实现至少200美元的单车成本下降，目前全球已有超过20家汽车厂商开始采用SiC器件 。
未来，在以新能源汽车为第一驱动力的多行业推动下，据Yole数据预计，SiC功率器件市场规模将从2018年的4亿美金增加到2024年的50亿美金，复合增速约51% 。SiC衬底材料市场规模将从2018年的1.21亿美金增长到2024年的11亿美金，复合增速达44% 。
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SiC的市场格局是美国、欧洲、日本三足鼎立，我国厂商与国际龙头CREE、Dow Dcorning、Nippon等公司还存在较大差距，道阻且长 。
再看GaN，在GaN单晶衬底上生长的GaN称为同质外延片，但有熔点高、衬底制作难、位错缺陷密度较高导致良率低等缺点，因而制造成本高、技术进展慢、应用领域窄 。另一种为异质外延片，指GaN生长在其他衬底材料上，主要包括用于制作功率器件和小功率射频器件的硅基GaN、用于制作大功率LED、功率器件和大功率射频芯片的碳化硅基GaN 。
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