中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟：2020年三代半导体技术与产业发展报告（30页）.pdf

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1、第三代半导体产业白皮书第三代半导体产业白皮书（2020 年）年）中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟2020 年 12 月中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟目录第一章 概述.1一、半导体材料的代际情况.2二、第三代半导体材料性能优势.4三、第三代半导体材料应用领域及方向.5第二章 第三代半导体产业链情况.7一、产业链全景图.7二、SiC 半导体产业链情况.8（一）SiC 衬底发展情况.8（二）SiC 外延发展情况.10（三）SiC 器件和模块发展情况.11三、GaN 产业链情况.13（一）GaN 衬底发展情况.13（二）GaN 外延发展情况.14（三）GaN 器件发展情况.15第三章 第三代半导

2、体市场发展情况.18一、政策导向.18二、应用导向.20第四章 国内第三代半导体产业发展思考.24中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟1第一章 概述第一章 概述半导体产业是电子信息产业的基础，是国家引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。其中第三代半导体是半导体产业重要组成部分，其发展在提升我国科技进步和经济发展的过程中起到了举足轻重的作用。需要注意的是，报告中所指的“第三代半导体”并不是半导体材料的“升级换代”，而是一种材料的概念。第三代半导体材料是指禁带宽度大于 2.2eV 的半导体材料，因此又称为“宽禁带半导体材料”。其典型代表材料有碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）等，

3、其中 SiC 和 GaN 是目前发展较为成熟的两种第三代半导体材料，是本报告中着重论述的两大材料。随着 2020 年 4 月，国家发展和改革委正式明确“新基建”概念，定调了 5G 基建、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据、人工智能、工业互联网七大领域的发展方向，第三代半导体材料因其具有高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能，而在这些领域中可发挥重要作用，现已成为全球半导体产业技术创新和发展热点，拥有巨大的发展空间和良好的市场前景。同时 2021 年即将进入我国的第十四个五年计划，近期在各省份的十四五规划建议稿中，都提及将第三代半导体写入“十四五”规

4、划，大力支持发展第三代半导体产业。第三代半导体产业迎来了高成长性的应用市场，国内第三代半导体厂商迎来巨大发展机遇。中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟2一、半导体材料的代际情况一、半导体材料的代际情况半导体材料从 1947 年世界第一个 Ge 晶体管和 1958 年第一块 Si集成电路发明以来，各个代际半导体情况如下：1、第一代半导体材料：第一代半导体材料是“元素半导体”，于二十世纪五十年代开始快速发展，以硅（Si）和锗（Ge）半导体材料为代表。尤其是 Si，在半导体器件的发展和应用中牢牢占据着统治地位，是大规模集成电路、模拟 IC、传感器等器件的材料基础，硅基芯片在电脑、手机、电视、硅光伏产业

5、中都得到了极为广泛的应用，硅基半导体奠定了微电子产业的基础。2、第二代半导体材料：第二代半导体材料是“化合物半导体”，随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，于 20 世纪八十年代开始逐步开始发展，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，奠定了信息产业的基础。3、第三代半导体材料：第三代半导体材料是“宽禁带化合物半导体”，禁带宽度大于2.2 eV，于 20 世纪九十年代开始逐步发展，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表，目前两种材料已经形成产业化。其中 SiC 与 GaN相比较，碳化硅的发展更早一些，技

6、术成熟度也更高一些。具体发展历程如下图所示：中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟3图 1 碳化硅半导体材料发展历程图图 2 氮化镓半导体材料发展历程图4、第四代半导体材料：第四代半导体材料是指禁带宽度超过 4 eV 的超宽禁带半导体材料，以金刚石（C）、氧化镓（GaO）、氮化铝（AlN）为代表，以及以锑化物（GaSb、InSb）为代表的超窄禁带（UNBG）半导体材料。目前该类半导体材料仍需要开展更多的研发和推进工作。中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟4表 1 第一、二、三代典型半导体材料主要特性二、第三代半导体材料性能优势二、第三代半导体材料性能优势第三代半导体材料具有大的禁带宽度、高击穿电场、