第三代半导体势头强劲，国产任重道远

　　从最初应用算起，半导体材料已经发展了三代，第三代半导体材料的出现，开辟了人类资源和能源节约型社会的新发展，催生了新型照明、显示、光生物等等新的应用需求和产业。据当下的情形来看，第三代半导体的市场空间巨大，似乎给了我们一个可以在国际半导体领域实现弯道超车的机会。
　　到了上个世纪六七十年代，III-V族半导体的发展开辟了光电和微波应用，与第一代半导体一起，将人类推进了信息时代。八十年代开始，以碳化硅SiC、氮化镓GaN为代表的第三代半导体材料的出现，开辟了人类资源和能源节约型社会的新发展，催生了新型照明、显示、光生物等等新的应用需求和产业。
　　这里要特别说明一下氮化镓GaN材料。
　　镓是地球上存在的一种贵金属材料，大约排名第十左右，中国储量全球第一。作为三代半导体材料当家花旦的氮化镓，近二十年来，由于LED照明产业的发展推动，已成为三代半导体材料中的核心材料，在光电子方向LED从无到有，快速发展，直至现在发展到千亿美元的规模，是一个新材料开发推动社会变革的典范。
　　另一个有实力的材料碳化硅材料的开发早在七十年代就有了，最近二十年，在材料质量和制备方法上有了突破，逐步进入了市场。在2001年，碳化硅二极管被开发出来之后，材料质量逐步完善，器件性能和可靠性也在逐步改善。到目前为止，碳化硅的二极管以其优异的性能和使用过程中展现的可靠性，已经广泛应用在很多场合。
　　氮化镓GaN和碳化硅同属于第三代半导体材料。为了区别于氮化镓已经形成的LED产业，在产业中有人用第三代半导体指代除LED之外的第三代半导体材料应用。除了，氮化镓和碳化硅，第三代半导体材料还包含ZnO，GaO氧化镓等。
　　第三代半导体能做啥？
　　我们今天主要说说三代半导体简称三代半（可不是3.5代哦）到底能干啥？首先要告诉大家的是三代半并不是二代半和一代半导体的掘墓人，他只是在某些领域拥有比硅器件更有益的性能。
　　如果把我们所认知的半导体世界做一个简单分类的话目前可以分为逻辑类器件和功率器件。一个电子产品的核心部分有计算部分（比如CPU之类的）存储部分比如（内存、硬盘之类的）还有就是提供电力输送和控制的模块。
　　形象的比喻的话就硅器件做的CPU和存储就如同人的大脑，电源和电池就好比是人的心脏。而功率器件就好比是人的血液和神经系统。而三代半导体就是在这个领域在未来取代部分的硅器件为整个系统提供更加优良的解决方案的核心材料。
　　经过几十年的发展，硅材料已经接近完美晶体，对于硅材料的研究也非常透彻。基于硅材料上器件的设计和开发也经过了许多代的结构和工艺优化和更新，正在逐渐接近硅材料的极限，基于硅材料的器件性能提高的潜力愈来愈小。
　　以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体具备优异的材料物理特性，为进一步提升电力电子器件的性能提供了更大的空间。
　　下图是Si、GaN、SiC以及GaAs材料基本物理性质、以及多坐标对比。如果你看不懂没关系，这只是给大家分享一点直观的数据。
　　表1，三代四种半导体材料的基本物理参数
　　Si, GaAs和GaN三代半导体材料的多坐标物理性能对比
　　Si与GaN器件的电源系统效率比较
　　看了上面的介绍，现在要讲到关键问题了，就是这玩意儿到底用在哪里？有什么优势呢？
　　套用业界一位大咖的话说，不论你们看重的是什么，政府首先看重的是节能。没想到吧，似乎也只提高了3%-5%的效率，能节多少能呢？不过其实那只是一次转换中节约比例。
　　然后才是高频特性、高温特性、高耐压、高功率、小体积这些特性。每一个特性又对应这无数种的应用和排列组合方式。
　　下面该谈应用了。以下我讲述的应用仅仅是三代半导体应用中能够吸引眼球的的几个方面，这里介绍的都是一些耳熟能详的应用。
　　详细应用领域
　　先介绍体系，三代半可以应用的领域可以分为射频器件和电力电子器件两类。说白了就是一个是搞微波(不是微博哦)通讯类的，一个搞供电模块的。按照这个分类给大家介绍几个明星应用：
　　（1）相控阵雷达
　　相控阵雷达中就大量应用了氮化镓的射频器件。军工领域对于三代半导体的应用层出不穷。包括氮化镓和碳化硅的功率器件，未来也会发挥重要作用。
　　（2）5G通讯
　　硅材料作为通讯材料的＂老大哥＂，再也没有办法承担5G通讯这么高的带宽速度的重压了。所以只有靠氮化镓来完成了。美国Qorvo就是这个产业的先行者。
　　另外，目前国内无论是华为、中兴这样的通讯企业，还是在这个行业蹲守苦干多年的专业射频器件生产企业都盯住了这块市场，可以预料在不久的未来，里面的厮杀将会达到白热化，而市场利润空间很大，但巨头、寡头也很大。
　　（3）物联网
　　物联网是一个未来的热点，正在向我们走来，这里面，将充斥着三代半导体的射频和功率器件。
　　（4）电动汽车
　　未来电动汽车的动力全要靠三代半导体的功率器件了，碳化硅、氮化镓都会在电动汽车里有很大的市场。仅功率器件一项，每辆车就会增加大约300美元的需求。
　　（5）机器人
　　未来的机器人必然需要节能、小型化、大功率、高反应速度的三代半器件。无论工业机器人、家用机器人、还是无人机。都孕育着巨大的市场机会。
　　（6）白色家电
　　未来随着智能家居技术的发展，白色家电和物联网互联网以及可穿戴设备的融合，使得这个行业充满了新的机会。
　　（7）互联网
　　终于说到互联网了，这个时代如果一个产品不能和互联网联系在一起似乎就是一个没有前途的产品。但是你有没有想过互联网是靠什么维持的呢？云计算、大数据？如果没有了三代半导体功率器件的支撑他们还能存在吗？你知道在谷歌上搜索一个关键词要花费多少电力吗？这些电力是被哪些器件供给那些有计算能力的机器的呢？
　　（8）新能源
　　各种新能源逆变器和辅助设备
　　（9）高铁
　　央视报道的IGBT,号称高铁的中国芯。未来随着三代半导体技术的发展，硅的IGBT被替代的日子应该不远了。
　　总之，三代半导体器件如同建筑行业的钢筋水泥一样，遍布在这个电力电子产品充斥的社会的每一个角落。严格的讲，不是互联网改变了世界，而是半导体改变了世界近几十年的发展。但是这个产业的是否如同互联网一样光鲜亮丽呢？提到半导体产业，多数人都会表示：比较沉重。
　　沉重的来源在于我们在第一代和第二代半导体产业中，始终是一个小学生，落后世界先进水平20年之多。虽然我们在努力赶上，但目前看来，也许我们可以成为这个行业的制造大国，却很难成为这个行业的强国。动辄几百亿的投资，也让整个行业喘不过气来。
　　三代半导体的出现，似乎给了我们一个可以在国际半导体领域实现弯道超车的机会，主要有以下几个事实：
　　1、三代半导体出现于改革开放初期，中国刚刚走向那新时代。中国的科研力量开始回复正常，所以我们并没有像第一和第二代半导体一样，由于某些大家熟知的原因，我们起个大早赶了个晚集。
　　2、LED的发展使得中国具备了发展三代半导体，特别是氮化镓的产业基础。虽然LED和功率半导体隔着行，但是毕竟中国在这个领域里取得了骄人的战绩。全球主要的制造设备，产业链配套、技术人员都云集在中国。
　　3、中国在微电子硅领域已经进行了二十多年的产业化进程，虽然我们在微电子方面离世界水平还有一段距离，但三代半功率器件恰恰是用的是微电子的6英寸、8英寸线的工艺。对于加工精度的要求在微电子领域是小儿科的技术。这为中国发展三代半导体产业提供了相对强大的产业能力。
　　4、中国是世界上最大的器件市场，强大的市场拉动，使得全球任何一家第三代半导体产业公司都把中国列为重要的市场。也为中国企业发展这个产业创造了近水楼台的机会。
　　最后谈下与钱相关的吧，这个行业的市场规模估计有也就几百亿美元吧，如果按照产业拉动来算的话，未来大约会形成5000-10000亿美金的市场规模。简而言之，就是大家都有饭吃。目前，投入这个行业里的资金也就是多说也就十亿美金吧。投资规模还赶不上一个硅的12寸线。所以，这里是一个充满机会的蓝海，但是风浪也很大，没有有经验的水手，光有钱是不行的。
　　希望国内各位入局第三代半导体的厂商能够帮助国产半导体冲出一片新天地。