如果說PC、智能手機(jī)的普及是硅半導(dǎo)體的革命，目前在全球掀起擴(kuò)產(chǎn)潮的第三代半導(dǎo)體碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）正在尋找下一個(gè)落地應(yīng)用的風(fēng)口。

第三代半導(dǎo)體主要指具有寬帶隙特性（注：帶隙主要指是指半導(dǎo)體材料中電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶所需的最小能量，大于2.5eV為寬帶隙，硅的帶隙約為1.1 eV，鍺為0.66eV）的半導(dǎo)體材料，因此又稱寬禁帶半導(dǎo)體，主要包括碳化硅（SiC，帶隙為3.2eV）、氮化鎵（GaN,，帶隙為3.4eV）。

與第一代半導(dǎo)體硅（Si）和第二代半導(dǎo)體砷化鎵（GaAs）相比，第三代半導(dǎo)體在高溫、高壓、高頻這一類的極端條件下工作更穩(wěn)定且消耗能量更少，具備更好的性能表現(xiàn)。

近些年隨著硅晶體管尺寸逼近物理極限，通過縮小晶體管尺寸來提高集成電路性能的方法變得越來難走通，第三代半導(dǎo)體成為了行業(yè)探索的新材料方向。

作為新技術(shù)，第三代半導(dǎo)體的成本整體遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的硅材料。同樣生產(chǎn)一個(gè)功率半導(dǎo)體元器件，碳化硅的價(jià)格是硅的3到5倍，氮化鎵成本相對更高。因此按照行業(yè)曾經(jīng)探索降低硅的成本走過的“研發(fā)-量產(chǎn)-降低成本-大規(guī)模應(yīng)用”規(guī)?；缆?，目前圍繞碳化硅與氮化鎵的落地，全球正在掀起擴(kuò)產(chǎn)潮。

碳化硅的發(fā)展速度整體快于氮化鎵。近些年來碳化硅被特斯拉等新能源汽車廠商大規(guī)模引入車用功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，用來生產(chǎn)車載充電器和DC/DC轉(zhuǎn)換器等關(guān)鍵部件。這些應(yīng)用有助于提高電動汽車的性能，包括增加續(xù)航里程、縮短充電時(shí)間和提高整體能效。

隨著碳化硅的加速上車，汽車電子巨頭都在加大范圍都在大范圍擴(kuò)產(chǎn)，其中以功率半導(dǎo)體巨頭英飛凌擴(kuò)產(chǎn)動作最多。

今年8月，英飛凌在馬來西亞居林建設(shè)的全球最大的200毫米碳化硅 (SiC) 功率半導(dǎo)體晶圓廠新工廠一期項(xiàng)目開業(yè)，這也是目前為止全球最大的200毫米碳化硅晶圓廠。按照英飛凌的規(guī)劃，公司計(jì)劃五年內(nèi)向居林工廠投資50億歐元，目標(biāo)是到2030年之前，在全球碳化硅市場中所占的份額提高到30%，碳化硅年收入超過70億歐元。

除新能源汽車外，碳化硅的應(yīng)用逐漸滲透進(jìn)入光伏、儲能等領(lǐng)域，目前全球碳化硅市場由幾家國際廠商主導(dǎo)，英飛凌、意法半導(dǎo)體、Wolfspeed、Rohm、Onsemi這五家家公司占有大約70%的市場份額。國內(nèi)企業(yè)如天岳先進(jìn)、士蘭微、瀚天天成、山東天承等也在積極擴(kuò)產(chǎn)，在市場中占據(jù)一席之地。

與碳化硅相比，氮化鎵在規(guī)模與發(fā)展速度上有一定差距，應(yīng)用成本也相對高。但近些年行業(yè)也在加速整合，開拓市場。

氮化鎵由于可以在更小的尺寸下提供更高的功率輸出，最早便被引入消費(fèi)電子領(lǐng)域，用來生產(chǎn)PC及智能手機(jī)所用的小功率電子產(chǎn)品，如快充充電器、5G通信和WiFi器件，目前也被被引入自動駕駛激光雷達(dá)、數(shù)據(jù)中心、光伏等大功率工業(yè)設(shè)備應(yīng)用市場。

此外，氮化鎵還具有特殊的優(yōu)勢。氮化鎵晶體可以在各種襯底上生長，包括藍(lán)寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。生產(chǎn)氮化鎵可以使用現(xiàn)有的硅制造基礎(chǔ)設(shè)施，從而無需使用成本很高的特定生產(chǎn)設(shè)施，而且可采用低成本、大直徑的硅晶片。

美國一家做氮化鎵功率器件的公司EPC創(chuàng)始人Alex Lidow近期接受界面新聞采訪時(shí)介紹，目前行業(yè)普遍可以利用原有的硅芯片廠設(shè)備生產(chǎn)氮化鎵，不需要大規(guī)模投資建設(shè)新廠，這也在一定程度上降低了氮化鎵落地的門檻。

Alex Lidow告訴記者，公司自2007年成立以來，其所生產(chǎn)的氮化鎵產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域，其中自動駕駛激光雷達(dá)、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器是占比最大的兩塊應(yīng)用設(shè)備市場，隨著生成式AI目前帶動數(shù)據(jù)中心行業(yè)的爆發(fā)式增長，未來會進(jìn)一步加快氮化鎵產(chǎn)品的普及。

在此過程中，氮化鎵的成本也進(jìn)一步下探，價(jià)格有希望逼近甚至比碳化硅更低。據(jù)其介紹，在2015年左右，EPC推出的氮化鎵功率半導(dǎo)體eGaNFET在相同功率情況下已經(jīng)可以做到與功率MOSFET不相上下的價(jià)格優(yōu)勢。

對于氮化鎵的下一個(gè)風(fēng)口，Alex Lidow最看好人形機(jī)器人的應(yīng)用前景。由于人形機(jī)機(jī)器人自由度急劇上升，對電機(jī)驅(qū)動器的需求量大幅增加。為了獲得更高的爆發(fā)力，需要配置高功率密度、高效率的電機(jī)驅(qū)動器，氮化鎵的優(yōu)勢就在于此。他認(rèn)為，人形機(jī)器人身上許多關(guān)鍵零部件都更適合用氮化鎵。雖然目前人形機(jī)器人的絕對數(shù)量還不夠多，未來應(yīng)用前景尚不明朗，但隨著特斯拉以及中國人形機(jī)器人公司都在為量產(chǎn)計(jì)劃做準(zhǔn)備，氮化鎵公司作為供應(yīng)商有希望分到這個(gè)市場的第一波紅利。

Alex Lidow曾在傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體時(shí)代作為HEXFET功率MOSFET（六角形場效應(yīng)晶體管）的共同發(fā)明者，擁有三十多項(xiàng)功率半導(dǎo)體技術(shù)專利。在他看來，硅半導(dǎo)體器件在性能和效率的提高上已經(jīng)達(dá)到了瓶頸期，碳化硅、氮化鎵伴隨行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)的進(jìn)程會加速普及。EPC目前最重要的兩大市場分別是美國、中國。中國當(dāng)前也是全球推動第三代半導(dǎo)體發(fā)展的重要國家力量。

轉(zhuǎn)載來源：界面新聞 作者：李彪