半导体行业半导体三代基础材料特性及应用情况简介

 导读：半导体行业半导体三代基础材料特性及应用情况简介。半导体基础材料可加工制成晶圆制造材料，到目前为止已经发展了三代。基础半导体材料具有一些固有的特性，称为半导体材料的特性参数。 

参考《2016-2022年中国IC(半导体) 市场运营现状及十三五发展态势预测报告》 

        1、基础半导体材料的特性 

        半导体基础材料可加工制成晶圆制造材料，到目前为止已经发展了三代。基础半导体材料具有一些固有的特性，称为半导体材料的特性参数。 

        常用的半导体材料的特性参数有： 

        禁带宽度：决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短； 

        饱和速率：决定半导体高压条件下的高频工作性能； 

        电子迁移速率：决定半导体低压条件下的高频工作性能； 

        电阻率：反映材料的导电能力； 

        位错密度：用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度。 

        不同的特性决定了半导体材料的用途。 

        三代半导体材料特性比较(Si、GaAs、GaN为例) 

  

        2、基础半导体材料的应用 

        三代半导体材料用途比较(Si、GaAs、GaN为例) 

  

        （1）第一代半导体材料 

        以硅（Si）、锗（Ge）为代表的单质半导体；  

        硅（Si）材料制作的半导体器件耐高温，抗辐射性能好。且地壳中硅含量丰富，获取方便； 

        锗（Ge）20世纪50年代在半导体中占主导地位，主要应用于低压、低频、中功率晶体管及光电探测器中； 

        由于锗耐高温和抗辐射性能差，且在地壳中分布散，获取成本高，60年代后期逐渐被硅取代； 

        到目前为止，硅（Si）仍然是最为主要的半导体材料，半导体中95%以上，集成电路中99%都是用硅半导体材料制作； 

        硅片是集成电路的载体，目前主流的尺寸是12寸（300mm），8寸（200mm）。目前300mm市场占有率达70%，并有望继续提升。 

         ① 硅、锗半导体材料 

 

         ② 硅片尺寸及应用 

  

        （2）第二代半导体材料 

        以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等为代表的化合物半导体。 

        第二代半导体材料适合制造高频、高速、大功率发光电子器件，广泛应用于卫星通讯、移动通信、光通讯、GPS导航等领域。 

        GaAs电子迁移率高，约为Si的5.7倍，禁带更宽，电流传导更快，用于制备微波器件，在通讯导航领域发挥关键作用；GaAs具有光电特性，发光效率比硅锗高，可用于制作发光二极管、光探测器、半导体激光器等。 

        InP禁带宽，InP制作器件能放大更高频率或更短波长信号。常用于制作卫星信号接收机和放大器，频率可达100GHz以上，且稳定性高。 

         ① 砷化镓、磷化铟半导体材料应用 

  

         ② 砷化镓微波功率半导体各领域应用比例 

 

         ③ 砷化镓元件全球市场规模 

  

        （3）第三代半导体材料 

        以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等为代表的第三代宽紧带半导体。 

        具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电压等优点，成为制作大功率、高频、高温及抗辐射电子器件的理想材料。 

        应用领域：高性能医疗仪器、电动/混合动力汽车、油井、航空航天和国防领域。 

        现有能工作正在600C~1700V电压等级和50A电流等级的SiC肖特基二极管(SBD)，SiC-MOSFET器件。市场规模达9000万美元，预计2020年达40亿美元，GAGR可达45%。 

         ① 第三代半导体材料优势突出 

 

         ② 第三代半导体材料用途 

 

         ③ GaN RF元器件市场规模预测 

  

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