超寬禁帶半導體技術的案例
超寬禁帶半導體的挑戰與機遇
報告主題：超寬禁帶半導體的挑戰與機遇
報告作者：Sandia NL、UWBG Working Group、Ultra EFRC
NY CREATES Emerging Technologies Seminar Bob Kaplar, Sandia National Labs
報告內容包含：（具體內容詳見下方全部報告內容）
超寬禁帶半導體的應用
超寬禁帶半導體屬性
Sandia AlGaN 器件：
? 電力電子
? 射頻
? 高閾邏輯
? 光電
報告詳細內容
? 第 1 代：Ge 和 Si
? 第 2 代：常規 III-Vs – 砷化物、磷化物、銻化物
? 第 3 代：寬禁帶——SiC、GaN、InGaN
? 第 4 代：超寬禁帶 –AlxGa1-xN、(AlxGa1-x)2O3、金剛石、c-BN 等
01
超寬禁帶半導體的應用
# 軍事應用
在 SWaP 受限的環境中需要更高程度的電氣化和功率
# 超高電壓應用
脈沖功率、長距離傳輸
使用UWBG半導體可能實現100kV的開關!
展開 寬禁帶半導體材料的現在與未來
電子電力的下一輪革命已經到來，在SiC和GaN這種有前途的寬禁帶半導體材料的助力下，電力電子的未來也將是高效。
2026 武漢半導體技術博覽會（OVC）︱聚焦半導體晶圓制造裝備、零部件、材料、先進封裝、IC設計、第三代半導體等重點領域
組委會將嚴格篩選演講嘉賓和演講主題，以技術為主，配合適量的品牌宣傳，以確保技術論壇介紹世界范圍內最先進的、最前沿的半導體技術，為廣大半導體行業人士奉送一場“美味佳肴”。
?中國半導體設備供應鏈發展論壇
?功率半導體IGBT/SiC 產業論壇
?化合物半導體技術與應用發展論壇
?AI加速半導體材料創新發展論壇
?功率mosfet-Si硅/SiC碳化硅|半導體功率器件技術論壇
?碳化硅襯底材料生長與加工技術創新發展論壇
?第三代半導體材料制造與裝備技術高峰論壇
?半導體器件性能開發與測試技術論壇
※ 展會優勢
展會舉辦地背景：2023年，湖北省電子信息產業實現主營業務收入8209億元，同比增長兩成，其中電子信息制造業主營業務收入為5101億元。根據今日發布的《湖北省突破性發展光電子信息產業三年行動方案（2022―2024年）》，到2024年，全省以光電子信息為特色的電子信息產業規模力爭突破萬億元，進一步鞏固和提升在全國“獨樹一幟”的領先地位，為打造具有全球影響力的世界級光電子信息產業集群奠定堅實基礎；推進集成電路、光通信、激光、新型顯示和智能終端等領域重點突破，帶動軟件和信息技術服務業、新一代信息通信等相關領域發展。
● 集成電路領域，依托武漢新芯、高德紅外、光迅科技等龍頭企業，以及江城實驗室等創新平臺，打造特色集成電路產業集群。
● 光通信領域，依托中國信科、長飛、華工科技、華為武研所等龍頭企業，以及國家信息光電子創新中心、武漢光電國家研究中心、光谷實驗室等創新平臺，進一步鞏固湖北光通信產業全國領先地位，打造世界一流的光通信產業高地。
● 激光領域，依托華工激光、銳科激光、帝爾激光等龍頭企業，建設國內領先、具備全球競爭力的激光產業基地。
展開 武漢電子展 | 2025武漢國際半導體產業與電子技術博覽會（OVC），5月引領半導體行業新變革
2025武漢國際半導體產業與電子技術博覽會（OVC）已成為半導體及電子技術產業協同發展的重要平臺，加速技術創新與產業升級。展會不僅加速了技術創新與產業升級，也為產業鏈上下游企業的緊密合作搭建了重要的橋梁，推動武漢半導體及電子元器件產業的發展，為全球半導體產業注入新的活力。
2025武漢國際半導體產業與電子技術博覽會（OVC）注定將成為一次推動全球半導體產業轉型升級的重要盛會。從技術創新到商業合作，從產業鏈協同到跨界融合，這場展會為行業提供了無限可能。屆時，無論您是行業專家、企業高管，還是技術愛好者，都將收獲技術與思想的雙重盛宴。讓我們相約武漢，共同見證這一科技盛會，探索半導體產業的無盡可能。2025年5月15日-17日在武漢·中國光谷科技會展中心，期待您的參與！
展開 
助力汽車半導體產業發展，2025 廣州國際新能源汽車功率半導體技術展覽會與您相約“羊城”廣州
隨著半導體技術的升級與發展，功率半導體已經成為推動新能源汽車和智能汽車產業升級的關鍵因素。汽車不再只是單純的交通工具，而是逐漸演變為一個智能移動空間，集成了多種先進技術和功能。特別是在新能源汽車領域，功率半導體在提升能源效率和車輛性能方面起到了至關重要的作用。
在全球新能源車市場快速擴張的背景下，中國市場表現尤為突出。隨著國家政策的大力支持和市場需求的不斷增長，國內半導體企業迎來了前所未有的發展機遇。然而，功率半導體行業也面臨著激烈的市場競爭和技術更新的挑戰。車企需要在保障產品性能和可靠性的同時，不斷推動技術創新，以應對市場變化和需求升級。
為推動新能源汽車半導體產業發展，2025年11月20日至22日，亞洲領先的車用功率半導體技術專業展，將在廣州保利世貿博覽館盛大召開。隸屬于AUTO TECH 展系列的AUTO TECH 2025 廣州國際新能源汽車功率半導體技術展覽會，展品覆蓋車用功率器件IGBT/MOSFET、SiC、GaN、基礎功率器件、材料、封裝測試、生產設備、散熱管理等技術產品，組委會將邀請比亞迪、廣汽埃安、特斯拉、豐田、小鵬、理想、小米、極氪、長城、上汽、本田、日產、大眾、寶馬、蔚來、華為、匯川技術、寧德時代、博世、英飛凌、電裝、瑞薩、安森美、意法半導體等汽車OEM廠商及Tier1 & 2 零部件供應商的上萬名采購、技術工程師匯聚一堂，參加展會以尋求供應商及合作伙伴。同期還將舉辦2025中國新能源汽車功率半導體產業技術論壇，為廣大汽車行業人士奉送一場“美味佳肴”。誠邀廣大同仁共同探索新能源汽車功率半導體產業前沿技術發展，您豈能錯過！
AUTO TECH 2025 華南展——誠邀您與行業同仁一道共迎汽車人的行業盛會，奏響汽車產業新篇章。
展開 從光刻技術發展看半導體技術路線
從1947年第一個晶體管問世算起，半導體技術一直在迅猛發展，現在它仍保持著強勁的發展態勢，繼續遵循摩爾定律指明的方向前進，大尺寸、細線寬、高精度、高效率、低成本的IC生產，正在對半導體產業鏈帶來前所未有的挑戰。
集成電路在制造過程中經歷了材料制備、掩膜、光刻、清洗、刻蝕、摻雜、化學機械拋光等多個工序，其中尤以光刻工藝最為關鍵，決定著制造工藝的先進程度。隨著集成電路由微米級向鈉米級發展，光刻采用的光波波長也從近紫外（NUV）區間的436nm、365nm波長進入到深紫外（DUV）區間的248nm、193nm波長。目前大部分芯片制造工藝采用了248nm和193nm光刻技術。目前對于13.5nm波長的EUV極端遠紫外光刻技術研究也在提速前進。
可以說，隨著芯片集成度的提高，對光刻技術提出了越來越高的要求，而光刻技術的演進，在某種程度上也反映了半導體技術的發展路線。上世紀中葉，IEEE電子和電子工程師協會設立了ITRS組織，該組織每年都會發布一份半導體領域中技術路線圖——ITRS（International Technology Roadmap for Semiconductors）。但在2017年，IEEE停止更新ITRS，并將其重新重命名為IRDS，他們認為這樣可以更全面地反應各種系統級新技術。
展開 從光刻技術發展看半導體技術路線
來源：
天天IC
從1947年第一個晶體管問世算起，半導體技術一直在迅猛發展，現在它仍保持著強勁的發展態勢，繼續遵循摩爾定律指明的方向前進，大尺寸、細線寬、高精度、高效率、低成本的IC生產，正在對半導體產業鏈帶來前所未有的挑戰。
集成電路在制造過程中經歷了材料制備、掩膜、光刻、清洗、刻蝕、摻雜、化學機械拋光等多個工序，其中尤以光刻工藝最為關鍵，決定著制造工藝的先進程度。隨著集成電路由微米級向鈉米級發展，光刻采用的光波波長也從近紫外（NUV）區間的436nm、365nm波長進入到深紫外（DUV）區間的248nm、193nm波長。目前大部分芯片制造工藝采用了248nm和193nm光刻技術。目前對于13.5nm波長的EUV極端遠紫外光刻技術研究也在提速前進。
可以說，隨著芯片集成度的提高，對光刻技術提出了越來越高的要求，而光刻技術的演進，在某種程度上也反映了半導體技術的發展路線。上世紀中葉，IEEE電子和電子工程師協會設立了ITRS組織，該組織每年都會發布一份半導體領域中技術路線圖——ITRS（International Technology Roadmap for Semiconductors）。但在2017年，IEEE停止更新ITRS，并將其重新重命名為IRDS，他們認為這樣可以更全面地反應各種系統級新技術。
展開 聚焦功率半導體產業︱APSME 2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展將在廣州盛大召開
2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展覽會，以“聚焦前沿技術突破，賦能產業創新融合”為主題。將于2025年11月20-22日在廣州保利世貿博覽館盛大召開！
APSME 2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展覽會匯聚全球優質品牌廠商齊聚現場，打造功率半導體全產業鏈創新展示、一站式采購及技術交流平臺，集中展示半導體器件、功率模塊、材料、封裝技術、測試技術、生產設備、散熱管理等熱門產品，致力于先進半導體器件、封裝測試、工藝流程、創新應用及產業鏈間的合作，為上游及材料設備搭建交流協作的橋梁。展會期間還將舉辦一系列技術論壇，展示全球產業動態及未來技術趨勢。
展開 深度：半導體與顯示技術加速融合！Micro LED最新技術應用與突破
看到很多顯示器公司在介入，但他們需要了解半導體技術，同時半導體公司的發展也更加依賴顯示技術的進步。Micro-LED顯示器的生產過程與傳統的方式不同，它更接近半導體技術?！?默克公司作為一家顯示器材料供應商，目前也在討論這一點。事實上，除了LED芯片本身尺寸的減小外，業界小尺寸Micro-LED屏幕也更傾向于使用CMOS作為背板驅動技術，這和傳統液晶顯示器（如非晶硅和低溫多晶硅等）用TFT驅動方式不同。這應該是安高博提到的半導體和顯示器加速融合的重要表現之一。實際上，這可能會導致顯示行業價值鏈的劇烈變化，但要真正實現Micro-LED顯示器的大規模生產，業界還有很長的路要走。
本文將試圖從一個較為一般角度來討論這個問題：為什么這種面向未來的顯示技術如此神秘，它目前正面臨哪些挑戰，它相對于LCD和OLED又有什么優勢？
談論顯示器的優點，無非是對比顯示器的亮度、對比度、色域、壽命、響應時間和功耗等參數。BOE之前在公開演講中總結過一個表格，如圖2所示。盡管認為其中一些參數可能存在爭議，但從理論上講，Micro-LED顯示器在這些方面顯示出壓倒性優勢，其中許多參數更是目前應用中夢寐以求的，比如幾個數量級的亮度提升。另外，Micro-LED技術還有一些未經認可的優點，包括視角、ppi（像素密度）等。
圖2. LCD、OLED和Micro-LED顯示器的性能參數對比
不夠，表格中的一些參數還處于理論層面，例如EQE（External Quantum Efficiency，外部量子效率）和功耗。理論上，Micro-LED在這兩個參數方面也具有顯著優勢，但是實際情況并不是這樣的。
展開 未來半導體光刻技術的核心
來源：半導體產業縱橫編譯自THEELEC
EUV時代將在今年正式開啟。
三星電子在2017年首次將EUV設備應用于7納米級代工工藝后，對EUV的興趣迅速增長。隨著超精細工藝開發需求的增長，EUV的普及進程也好像按下了加速鍵。三星電子、SK海力士、臺積電、英特爾等主要半導體公司也都在排隊購買ASML的EUV設備。
EUV設備的使用范圍也從代工廠逐漸擴展到DRAM。三星電子于2020年初開始量產第一代10nm DDR4 DRAM，采用的就是EUV技術；SK海力士從去年開始將EUV設備應用于DRAM生產。全球半導體公司陸續使用EUV技術，該技術的生態也越來越完備。
EUV技術現在正處于全面開花的時期，相關技術日新月異。對于EUV工藝的長期前景，業界認為今后半導體行業內廠商使用EUV技術的比重將增大。
01
multi-patterning EUV技術
用于DRAM制程的multi-patterning EUV技術預計2030年左右問世。韓國漢陽大學教授吳惠根表示，EUV技術應用于精細的集成電路，有必要區分存儲和非存儲半導體，TSMC等代工廠提出的3納米節點適用于非存儲半導體ASIC(定制型半導體)。如果將非存儲半導體的3納米換算為存儲半導體，將達到16納米級。但是，通過multi-patterning EUV技術，可以實現存儲半導體的2納米、3納米級節點制程。
02
ALD（原子層沉積）
在EUV技術中，ALD的利用率也將提高。ALD是原子層沉積技術的縮寫，是一種多層沉積技術，其厚度可以達到1埃米（0.1納米）。
展開 大功率半導體技術現狀及其進展
但 SiC 襯底和外延材料還不夠成熟，高活躍性的碳原子的存在使 SiC 晶圓面臨高缺陷密度、成本高和器件良率低等一系列挑戰，同時SiC MOSFET 柵極氧化層普遍存在可靠性問題，這是SiC 功率半導體器件工藝的主要難題之一 [16] 。
GaN 目前主要應用于 650 V 電壓等級以下，其特殊的異質結結構和二維電子氣可以產生極高的電子遷移率，達到極高的開關頻率，在射頻和藍光 LED 等高頻領域得到深入研究和應用。隨著工藝技術的發展，GaN 器件在 5G 通信、數據中心、不間斷電源（UPS）和快速充電等領域也得到了廣泛關注。目前，主流GaN 器件是在硅襯底上生長的，從而能夠與硅器件共用工藝平臺，硅基 GaN 在成本上占據顯著優勢 [17] 。
此外，以氮化鋁（AlN）、氧化鎵（Ga2O3）和金剛石為代表的禁帶寬度超過 4 eV 的超寬禁帶半導體材料也受到了人們的關注 [18]。但由于這類超寬禁帶半導體的生產工藝復雜和成本過高，限制了其市場規模，目前主要用于超高壓器件和高敏傳感器等特殊應用領域 [19] 。
伴隨著全球半導體產業的技術革命與進步，大功率半導體器件發展 60 多年，圍繞器件的功率容量、工作頻率和轉換效率經歷了 3 次大的技術跨越：① 從半控型晶閘管到全控型 GTO，促進了傳動技術從直流傳動向交流傳動的進步。② 從電流驅動 GTO 到電壓驅動IGBT，實現了數字控制，應用更簡單和智能。③ 從硅基 IGBT 到寬禁帶器件，系統更加緊湊和輕量化、損耗更低、開關速度更快。
展開 
中美第三代半導體材料技術對比
來源：今日半導體
相較于第一代和第二代，第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的導熱率、更高的抗輻射能力、更大的電子飽和漂移速率等特性，可在新能源汽車、高速軌道交通、5G通信、光伏并網、消費類電子等多個重點領域廣泛應用。
在美國對我國半導體產業技術封鎖持續升級的大環境下，中美雙方對第三代半導體材料的專利布局均十分重視。由于該領域技術發展仍處于產業爆發前的“搶跑”階段，中美差距相對不大，因此第三代半導體材料有望成為我國半導體產業的突圍先鋒。
隨著全球貿易摩擦的持續，半導體作為信息產業的基石，成為了科技強國技術創新的必爭之地。
一 中美半導體行業整體情況對比
①從發展歷程來看，中國半導體產業21世紀才真正起步，較美國晚了50多年。
圖1 中美半導體產業發展歷程對比
資料來源：IC insight 前瞻產業研究院
②從半導體企業銷售額來看，2020年，半導體行業4123億美元的全球營收中，美國公司占據47%，而中國大陸的公司只占5%，中美差距依然非常明顯。
圖2 2020年全球半導體行業營收各國占比
資料來源：SIA《2020年美國半導體行業現狀》
③從未來產業發展趨勢來看，雖然中美產業差距仍然存在，但機遇并存。第三代半導體材料將成為中國逆勢翻盤的機會。
展開 中美第三代半導體材料技術對比
來源：今日半導體
相較于第一代和第二代，第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的導熱率、更高的抗輻射能力、更大的電子飽和漂移速率等特性，可在新能源汽車、高速軌道交通、5G通信、光伏并網、消費類電子等多個重點領域廣泛應用。
在美國對我國半導體產業技術封鎖持續升級的大環境下，中美雙方對第三代半導體材料的專利布局均十分重視。由于該領域技術發展仍處于產業爆發前的“搶跑”階段，中美差距相對不大，因此第三代半導體材料有望成為我國半導體產業的突圍先鋒。
隨著全球貿易摩擦的持續，半導體作為信息產業的基石，成為了科技強國技術創新的必爭之地。
一 中美半導體行業整體情況對比
①從發展歷程來看，中國半導體產業21世紀才真正起步，較美國晚了50多年。
圖1 中美半導體產業發展歷程對比
資料來源：IC insight 前瞻產業研究院
②從半導體企業銷售額來看，2020年，半導體行業4123億美元的全球營收中，美國公司占據47%，而中國大陸的公司只占5%，中美差距依然非常明顯。
圖2 2020年全球半導體行業營收各國占比
資料來源：SIA《2020年美國半導體行業現狀》
③從未來產業發展趨勢來看，雖然中美產業差距仍然存在，但機遇并存。第三代半導體材料將成為中國逆勢翻盤的機會。
展開 中美第三代半導體材料技術對比
來源：IPRdaily中文網（iprdaily.cn）
IPRdaily導讀：相較于第一代和第二代，第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的導熱率、更高的抗輻射能力、更大的電子飽和漂移速率等特性，可在新能源汽車、高速軌道交通、5G通信、光伏并網、消費類電子等多個重點領域廣泛應用。在美國對我國半導體產業技術封鎖持續升級的大環境下，中美雙方對第三代半導體材料的專利布局均十分重視。由于該領域技術發展仍處于產業爆發前的“搶跑”階段，中美差距相對不大，因此第三代半導體材料有望成為我國半導體產業的突圍先鋒。
隨著全球貿易摩擦的持續，半導體作為信息產業的基石，成為了科技強國技術創新的必爭之地。
一
中美半導體行業整體情況對比
①從發展歷程來看，中國半導體產業21世紀才真正起步，較美國晚了50多年。
圖1 中美半導體產業發展歷程對比
資料來源：IC insight 前瞻產業研究院
②從半導體企業銷售額來看，2020年，半導體行業4123億美元的全球營收中，美國公司占據47%，而中國大陸的公司只占5%，中美差距依然非常明顯。
圖2 2020年全球半導體行業營收各國占比
資料來源：SIA《2020年美國半導體行業現狀》
③從未來產業發展趨勢來看，雖然中美產業差距仍然存在，但機遇并存。第三代半導體材料將成為中國逆勢翻盤的機會。
展開 半導體制冷技術數值模型建立及仿真 ￥2000
<p><a href="https://baike.baidu.com/item/%E7%83%AD%E7%94%B5%E5%88%B6%E5%86%B7" rel="noopener noreferrer" target="_blank">熱電制冷</a>又稱作<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%B8%A9%E5%B7%AE%E7%94%B5%E5%88%B6%E5%86%B7" rel="noopener noreferrer" target="_blank">溫差電制冷</a>，或半導體制冷，它是利用熱電效應（<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%B8%95%E5%B0%94" rel="noopener noreferrer" target="_blank">帕爾</a>帖效應）的一種制冷方法。本案例建立了一模型，模型由上下兩層組成，上層是由T1-T24組成，下層是由B1-B24組成，由于上層偶數為絕熱材料，因此，建立模型中可以去掉，用絕熱邊界簡化代替，同樣地，由于下層奇數為絕熱材料，所以下層奇數材料也可以簡化去掉。因此模型可建立為如圖所示。
展開 