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行业资讯:第三代半导体SiC技术的崛起

发布日期:2015-01-12      发布人:

第三代半导体SiC技术的崛起

 

 

   摘要: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。


       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,可显着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》

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