一】宽禁带半导体发展现状与展望：宽禁带半导体概述

宽禁带/超宽禁带半导体材料特点

宽禁带/超宽禁带半导体：氮化镓、碳化硅、氮化铝、金刚石、氧化镓等。

宽禁带与超宽禁带半导体: 有机会成为我国半导体技术和产业崛起新的突破口。

三大主要应用领域： 光电子、射频电子、功率电子。

宽禁带和超宽禁带半导体优越的材料特性

随着经济不断发展，5G通信、智能物联网、智能无人平台，新能源汽车等新产业的蓬勃发展，对芯片提出更高的要求，要求芯片能具有更高的频率、更低的功耗、更大集成度和更可靠的工作性能，因此以GaN、SIC为代表的“第三代半导体材料与芯片“快速进入产业化。

第一代Si、Ge支撑起微电子产业

主要应用：集成电路芯片、微电子器件、分立器件、逻辑电路、存储器等

第二代GaAs、InP等支撑起通讯产业

主要应用：手机、通信、军用电子、航空航天等

新一代GaN、SiC等无线产业

主要应用：5G基站、电源转换、雷达探测、航空航天、电动汽车、光伏逆变

宽禁带半导体在功率器件应用领域的优势

禁带宽度Eg>2 eV的半导体材料为宽禁带半导体; Eg > 4 eV 的材料为超宽禁带半导体

更高的功率转换效率；更高工作频率；更小芯片面积；单个器件更好的耐压；小体积，小重量；减小系统整体的成本。

面向功率器件应用领域的宽禁带半导体：SiC、GaN；

重点关注的超宽禁带半导体：Ga2O3、AlN和金刚石。

宽禁带/超宽禁带半导体是全球高技术竞争的关键领域之一

我国政府高度重视，在“中国制造2025”、2035中长期科技规划、十四五计划中，均列为重点方向或前沿领域；美国等西方国家在关键材料、芯片、装备等方面对我国实施禁运和管控; 把我国多个企业和研发单位列入实体清单。

射频电子材料和器件：支撑新一代移动通信系统核心器件的自主可控

相对于Si基和GaAs基射频器件，具有更高功率、更高效率、更高工作温度和抗辐射能力，是迄今最具优势的半导体射频电子器件；

同时实现高频、高效、宽带、大功率的唯一半导体材料，应用于5G移动通信、物联网、卫星通讯、人工智能等领域。

微波功率器件和模块

效率;可靠性;频率—5G标准;功率—传播距离;带宽—数据传输能力

功率电子材料和器件：支撑新能源汽车、高铁等动力系统的升级换代

功率半导体芯片是新能源汽车电控系统的“心脏”，约占整车半导体用量的80%，采用宽禁带半导体功率模块可使体积重量减少80%，电能转换效率提升20%，目前几乎全部依赖进口 。

高速轨道交通，如高铁的动力系统采用宽禁带半导体功率模块可使系统体积减小20％，重量降低20％，系统损耗降低20％，西方对3300V以上SiC功率器件实施严格的技术封锁和禁运；

我国SiC、GaN器件及模块生产布局情况

宽禁带/超宽禁带半导体材料和器件应用在我国已进入快速发展期

◆  2020年起Sub 6GHz 5G移动通讯网络商用，到2025年预计建成5G基站500-550万个；

◆  2025年新能源汽车约700万台，2023年起宽禁带半导体功率模块用量将进入快速发展期；

◆  2025年将建成3.6万座电动汽车充电站，车桩比将达到1:1；

◆  新冠疫情导致越来越多应用搭载UV-LED用于杀菌， UV-LED芯片需求2025年将超过百亿元。

到2030年我国对宽禁带半导体材料需求约6000万片/年（按4英寸计），芯片需求超万亿颗。

我国SiC、GaN电力电子器件应用市场规模预测（亿元）

(数据来源：CSA Research)

西安电子科技大学宽禁带功率半导体研究现状

建有宽带隙半导体教育部重点实验室

建有宽禁带半导体国家工程研究中心

采取完全国产化、自主创新的技术路线，从设备、材料生长、器件制备、电路系统等方面，形成完整的研究体系。

作者：张玉明（贾仁需）