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第三代半导体SiC技术的崛起

  发布时间:2015-01-07

第三代半导体SiC技术的崛起


    第一代半导体材料Si点燃了信息产业发展的“星星之火”,而Si材料芯片也成就了“美国硅谷”高科技产业群,促使英特尔等世界半导体巨头的诞生,95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是由Si材料制作。

     目前全球40%能量作为电能被消耗,而电能转换最大耗散是半导体功率器件。曾经的“中流砥柱”Si功率器件已日趋其发展的材料极限,难以满足当今社会发展对于高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便小型化的新需求。以SiC为代表的第三代半导体材料凭借其优异属性,将成为突破口,正在迅速崛起。


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  SiC作为一种宽禁带半导体材料,不但击穿电场强度高、热稳定性好,还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点,可以用来制造各种耐高温的高频、高效大功率器件,应用于Si器件难以胜任的场合。


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   以SiC等为代表的第三代半导体材料,将被广泛应用于光电子器件、电力电子器件等领域,以其优异的半导体性能在各个现代工业领域都将发挥重要革新作用,应用前景和市场潜力巨大。


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  LED半导体照明是以SiC为代表的第三代半导体技术所实现的第一个突破口!SiC有效地解决了衬底材料与GaN的晶格匹配度问题,减少了缺陷和位错,更高的电光转换效率从根本上带来更多的出光和更少的散热。基于此,303 lm/W大功率LED实验室光效记录诞生,高密度级LED技术可实现尺寸更小、性能更高、设计更具灵活性的LED照明系统,开创性的SC5技术平台和超大功率XHP LED器件可实现LED照明系统最高40%成本降低。




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  随着SiC生产成本的降低,SiC半导体正在凭借其优良的性能逐步取代Si半导体,打破Si基由于材料本身性能的所遇到瓶颈。无疑,它将引发一场类似于蒸汽机一样的产业革命!

    1. SiC材料应用在高铁领域,可节能20%以上,并减小电力系统体积;


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     2. SiC材料应用在新能源汽车领域,可降低能耗20%;


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       3. SiC材料应用在家电领域,可节能50%;


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       4. SiC材料应用在风力发电领域,可提高效率20%;


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       5. SiC材料应用在太阳能领域,可降低光电转换损失25%以上;


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             6. SiC材料应用在工业电机领域,可节能30%-50%;


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        7. SiC材料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;


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       8. SiC材料应用在大数据领域,可帮助数据中心能耗大幅降低(当前全球300万台数据中心每小时耗电量约为3000万千瓦);


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         9. SiC材料应用在通信领域,可显著提高信号的传输效率和传输安全及稳定性;


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        10. SiC材料可使航空航天领域,可使设备的损耗减小30%-50%,工作频率高3倍,电感电容体积缩小3倍,散热器重量大幅降低。


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      2014年伊始,美国总统奥巴马亲自主导成立了以SiC为代表的第三代宽禁带半导体产业联盟。这一举措的背后,是美国对以SiC半导体为代表的第三代宽禁带半导体产业的强力支持。据了解,这个产业目前已经获得美国联邦和地方政府总计1.4亿美元的合力支持。而早在2013年日本政府就将SiC纳入“首相战略”,认为未来50%的节能要通过它来实现,创造清洁能源的新时代。


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    正如美国总统奥巴马在该产业联盟成立大会上所提到,以SiC为代表的第三代半导体技术将可使笔记本电脑适配器的体积减少80%,也可以将一个变电站的体积缩小至一个手提箱的大小规格。或许,这正是SiC半导体的魅力之所在。


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   未来,由半导体SiC材料制作成的功率器件将支撑起当今节能技术的发展趋向,成为节能设备最核心的部件,因此半导体SiC功率器件也被业界誉为功率变流装置的“CPU”、绿色经济的“核芯”。

     

      信息来源1:国家半导体照明工程研发及产业联盟

      信息来源2:中国宽禁带功率半导体产业联盟

     信息来源3:《科技日报》2014418日星期五第7版整版“破解转型难题:谁来担当重任-碳化硅产业崛起与经济大省转型”

    信息来源4:第十三届全国MOCVD学术会议,南京大学郑有炓院士,《第三代半导体材料面临的发展机遇与挑战》

     配图来源:除以上4个信息来源之外,部分图片来自百度搜索与搜狗搜索,仅作示意之用

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