目前，國家2030計劃和“十四五”國家研發計劃已明確第三代半導體是重要發展方向。在上周五（10月16日），國星光電舉辦了2020第一屆國星之光論壇，而論壇的主角之一，就是第三代半導體。那么到底什么是第三代半導體呢？為什么說第三代半導體有望成為國產替代希望？

    什么是第三代半導體

    第三代半導體也被稱為寬帶隙半導體，主要是以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬帶隙半導體材料，其帶隙寬度大于2.2eV，是5G、人工智能、工業互聯網等多個“新基建”產業的重要材料，同時也是世界各國半導體研究領域的熱點。

    與以硅（Si）材料為代表的第一代半導體材料，和以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導體材料相比，以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體材料具備「五高」特性：高光效、高功率、高電壓、高頻率、高工作溫度。

    Si作為集成電路最基礎的材料，構筑了整個信息產業的最底層支撐。人類對Si性能的探索已經非常成熟，然而一些固有的缺點卻無法逾越，如光學性能、高壓高頻性能等。與此同時第三代半導體以其恰好彌補Si的不足而逐步受到半導體行業青睞，成為繼Si之后最有前景的半導體材料。

    什么是第三代半導體材料都有哪些應有方向

    第三代半導體材料主要可應用于光電、電力電子、和微波射頻三大領域。從當前來看，碳化硅目前主要是用在650V以上的高壓功率器件領域，而氮化鎵主要是用在650V以下的中低壓功率器件領域及微波射頻和光電領域。不過未來，氮化鎵也有機會進一步往600～900V發展。

    具體而言

    光電方向是截至目前應用最為成熟的領域，已被驗證是一場成功的技術革命。LED從無到有，快速發展，直至現在發展為千億美元的規模，是一個新材料開發推動社會變革的典范。目前應用于包括顯示、背光、照明等領域，其中Micro LED與UVC LED因仍然存在技術挑戰，且具備新的市場想象空間，被產業寄予厚望。

    功率器件方向廣泛用于智能電網、新能源汽車、軌道交通、可再生能源開發、工業電機、數據中心、家用電器、移動電子設備等國家經濟與國民生活的方方面面，是工業體系中不可或缺的核心半導體產品。其中SiC 功率器件被認為未來最大的應用市場在新能源汽車，主要是功率控制單元（PCU）、逆變器、DC-DC轉換器、車載充電器等方面；GaN功率器件因其高頻高效率的特點而在消費電子充電器、新能源充電樁、數據中心等領域有著較大的應用潛力。

    微波射頻方向包括汽車雷達、衛星通訊、5G基站、預警探測等應用。相較于已經發展十多年的SiC，GaN功率器件是后進者，但它擁有類似SiC性能優勢的寬禁帶材料，且擁有更大的成本控制潛力，目前是射頻器件最合適的材料，這在5G時代非常重要。GaN最大的拉動力也被認為是5G基站。

    據Omdia《2020年SiC和GaN功率半導體報告》[1]顯示，2020年底，全球SiC和GaN功率半導體的銷售收入預計將達到8.54億美元，以未來十年年均兩位數的增長率，預計2029年將超過50億美元。

    在未來十年，受到汽車、航天電子、電源、太陽光電(PV)逆變器以及工業馬達的需求驅動，以SiC和GaN為代表的新興的第三代功率半導體器件市場將以18%的速度穩步成長。預計在2022年以前，SiC和GaN功率元件的全球銷售額將從2012年的1.43億美元大幅增加到28億美元[2]。可以說，第三代半導體大勢所趨！

    什么是第三代半導體市場規模與前景

    目前，我國在光電大部分領域實現領跑，而在功率器件及射頻器件方面的發展還處于跟跑和并跑階段，因此，我國對第三代半導體器件的研究極其迫切，需加快其產業發展。

    第三代半導體材料主要以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)為主，生產過程分為單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，對應的是產業鏈襯底、外延、器件與模組等大環節。

    目前，在光電領域，國星光電在外延、芯片、封裝領域均有布局，經過多年發展，已經成為國內LED封裝龍頭，且在目前仍然具備技術挑戰和市場想象空間的Micro LED與UVC LED領域中拔得頭籌。

    而在第三代半導體領域，LED+第三代半導體研究機構-行家說產業研究中心認為：在第三代半導體產業上，除了原本賽道上的玩家，擁有LED制造經驗、人才儲備以及資金實力的LED領軍企業，切入第三代半導體也具備一定的先發優勢。在LED產業工藝日趨成熟，價格競爭激烈的情況下，提前布局未來前景開闊的藍海市場不失為極具前瞻性的戰略選擇。

    而基于前瞻性的戰略布局與人才隊伍建設，國星光電期望在國家第三代半導體的發展中能添磚加瓦，創造新的輝煌。