深圳第三代半導體研究院

第三代半導體Sic究竟是何方神聖?

发表时间:2019-05-20 20:00

21世紀是信息技術大爆發的時代,在信息技術快速發展過程中,必然離不開半導體材料的迅猛發展。半導體材料、器件的發展必將引發一場全新的産業技術革命

以SiC、GaN爲代表的第三代半導體材料在短波長激光器、白光發光管、高頻大功率器件等方面有廣闊的應用,是目前半導體産業技術發展的一個熱門方向。

SiC功率器件不僅能夠在直流、交流輸電,不間斷電源,工業電機等傳統工業領域廣泛應用,而且在新能源汽車、太陽能光伏、風力發電等領域具有廣闊的潛在市場

當然,大家對于半導體材料的首先要有耐心,沒有耐心的人看到這裏就可以去追劇了,不必在繼續浏覽了。但是我要提醒你,你將失去參與改變人類曆史的機會!雖然你的離開從某種程度上也是改變了曆史。有耐心的朋友們請仔細的浏覽下去,讓你對這個能改變曆史的材料,多一點了解。
一、SiC材料與應用領域

1、SiC材料簡介

2、SiC材料性能

與第一代半導體材料Si和第二代半導體材料GaAs相比,SiC具有更優良的物理和化學性質,這些性質包括高熱導率、高硬度、耐化學腐蝕、耐高溫、對光波透明等。


3、SiC材料應用

以SiC爲代表的寬禁帶半導體功率器件是目前在電力電子領域發展最快的功率半導體器件之一。

SiC材料優異的熱學特性和抗輻照特性也使其成爲制備紫外光電探測器的首選材料之一。

此外,SiC基傳感器能夠彌補Si基傳感器在高溫、高壓等惡劣環境下的性能缺陷,從而擁有更廣闊的適用空間。


二、SiC功率器件與優勢

SiC功率器件可使電力電子系統的功率、溫度、頻率、抗輻射能力、效率和可靠性倍增,帶來體積、重量以及成本的大幅減低。


三、SiC功率半導體産業鏈

按照從材料至最終應用的劃分,SiC功率半導體産業鏈主要包括襯底、外延、器件與模塊、應用等産業環節。

1、襯底制備

目前商用SiC單晶生長基本上采用升華法,該方法具有合適的生長速度,有利于規模化生産。

2、外延生長

經過多年發展,化學氣相沈積(CVD)生長已成爲SiC外延生長的主要方法。

3、器件與模塊

由于SiC材料具有耐腐蝕、高硬度和易碎性等特點,所以其加工工藝難度比普通的Si和GaAs等半導體材料更高。

SiC電力電子器件主要包括功率二極管和三極管(晶體管、開關管)。

4、産品應用

SiC功率器件應用領域可以按電壓劃分:

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。

高壓應用(2.5kV、3.3kV、4.5kV和6.5kV以上):風力發電、機車牽引、高壓/特高壓輸變電等。


四、全球重點企業

目前全球有超過30家公司在電力電子領域擁有對SiC、GaN相關産品的生産、設計、制造與銷售能力,並正在進行相關的SiC、GaN的技術研發。

五、市場狀況

1、國際市場狀況與預期

法國行業研究公司Yole最新報告數據顯示:2021年,用于功率器件的SiC襯底市場規模將超過3億美元,外延的市場規模有望突破1億美元。

功率器件(包括SiC二極管、晶體管和模塊在內)市場規模,將從2015年的2億美元上漲到2021年5.5億美元,2015~2021年的複合年增長率(CAGR)達到19%。

2、國內市場狀況與預期

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%。

據材料深一度預測,至2020年,我國SiC電力電子應用市場規模(包括襯底、外延、器件在內)將達到47.5億元。

開關電源領域SiC市場價值約爲6億元。

新能源並網光伏發電領域彙流管和風電變槳輔助電源用SiC材料整體市場規模將達1.09億元213萬元。

軌道交通領域應用整體市場價值達4467萬元。

交流電機領域的SiC市場規模達33億元。

UPS應用SiC材料的市場價值將達1.86億元

新能源汽車中應用SiC材料的市場價值將達5.1億元。

六、小結

由于能源和環境問題日益凸顯,節能環保和低碳發展逐漸成爲全球共識。降低能耗、提高能源使用效率是當今世界各國節能減排的重大舉措。

以SiC爲代表的寬禁帶半導體材料及功率器件被公認將成爲電子電力應用的一次革命,受到世界各國政府與産業界的廣泛關注和高度重視,將成爲增長潛力巨大的戰略性産業。

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