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第三代半导体突破硅材料瓶颈 发展机遇前所未有

2020-01-09 10:04:18 来源 : 电子信息产业网

新能源汽车、5G、绿色照明等行业的市场需求迅速增长,为以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体产业带来了前所未有的发展机遇。

第三代半导体突破了硅材料的瓶颈,更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,在新能源汽车、新能源发电、轨道交通、航天航空、国防军工等极端环境应用有着不可替代的优势。

赛迪顾问分析师吕芃浩分析说,GaN器件的功放效率高、功率密度大、体积和质量小、主要被应用于军工电子、通信基站等领域。2019年是5G的元年,GaN是实现5G的关键材料,在射频器件领域GaN占比超过30%,GaN市场规模约5.6亿美元。移动终端所需要的PA芯片数量与其支持的频段数正相关,在4G时代,多模多频手机所需要的PA芯片一般为5~7个,而5G时代,支持频段数量更多,单个移动终端就需要14~16个PA芯片。随着全球5G推进提速预期强烈,从基站端到终端射频需求都有望加速增长,预计2025年在射频器件领域GaN占比超过50%,未来10年GaN市场将有望超过30亿美元。

SiC能降低电能转换过程中的能量损耗、更容易实现小型化、更耐高温高压,主要作为高功率半导体材料应用于汽车以及工业电力电子,在大功率转换应用中具有巨大的优势。吕芃浩认为,目前,全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大,占了全球产量的70%~80%。2019年全球碳化硅市场规模约5.4亿美元,在2025年有望达到30亿美元。在未来的5到10年内,SiC器件将大范围地应用于工业及电动汽车领域,汽车市场的增长正在重塑SiC市场生态系统,汽车领域的占比将达到50%。

近年来,我国第三代半导体产业发展迅速。北京泰科天润半导体总经理陈彤表示,由于第三代半导体有望从本质上提高电力传送效率和使用效率。因此,从各种市场预测看,第三代半导体产业在未来几年将稳步增长,这为国内从事第三代半导体制造的企业和供应商提供了机会,让他们能够与国外大企业同台竞技。但是形势严峻,国外企业布局速度之快,留给国内企业的有利时间已经不多了。为此,国内第三代半导体企业应及时抓住市场机遇,积极应对挑战。

客观来讲,我国第三代半导体在材料指标、器件性能等方面与国外先进水平存在一定差距。如何加速第三代半导体产业化进程?提高国内产品的市场占有率?业内专家认为,有两个因素非常重要:一个是成本,一个是整个产业生态系统的建设。降低成本的路径主要有:有效的商业模式、高效的制造工艺,以及一定的生产规模和配套的封装测试环节,同时还要不断提高产品的良率和推出新产品的频率。而建立完善的生态系统最主要的就是合作,加强上下游产业链的合作,实现材料、设备、配套工艺的定制化,业内企业联手开发第三代半导体产业。

此外,要想发展好中国的第三代半导体产业,还必须注意应用牵引。射频前端是5G的核心,核心元器件如滤波器、功放等大都基于第三代半导体。保障我国第三代半导体核心元器件的供应链安全,实质上就是为我国5G通信重大战略实施保驾护航。

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