化合物半導(dǎo)體的案例
化合物半導(dǎo)體的中國(guó)機(jī)遇與挑戰(zhàn)
(三)高校和研究機(jī)構(gòu)具備技術(shù)積累
清華大學(xué)、北京大學(xué)、南京大學(xué)、山東大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等高校、中科院和中國(guó)電子科技集團(tuán)下屬的研究所在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域已耕耘超過(guò)20年，并通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)化和合作成立了中鎵半導(dǎo)體、蘇州納維、山東天岳、天科合達(dá)、保定同光、東莞天域、華功半導(dǎo)體等企業(yè)。隨著化合物半導(dǎo)體在5G、物聯(lián)網(wǎng)、能源、國(guó)防軍工等領(lǐng)域發(fā)展不斷加速，人才和技術(shù)需求增加，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)的人才和技術(shù)儲(chǔ)備優(yōu)勢(shì)將愈發(fā)顯著。
(四)國(guó)家和地方產(chǎn)業(yè)政策支持
工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布的《信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》將“第三代化合物半導(dǎo)體”列為集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。科技部將第三代半導(dǎo)體列入國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)。2018年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告中明確將新能源汽車和第五代移動(dòng)通信2個(gè)化合物半導(dǎo)體最重要的應(yīng)用市場(chǎng)作為加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重點(diǎn)。地方政策方面，北京、深圳、成都、廈門、泉州、蕪湖等均已發(fā)布或正在研究推動(dòng)化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持政策。
國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)和困難
(一)國(guó)際技術(shù)封鎖
化合物半導(dǎo)體可用于軍用雷達(dá)，是有源相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵元器件，因而受到國(guó)際上《瓦森納安排》的出口管制。中國(guó)資本在該領(lǐng)域的國(guó)際并購(gòu)頻頻被否決，包括收購(gòu)Aixtron、Lumileds、GCS等。2018年8月1日，美國(guó)商務(wù)部公布新增的44家中國(guó)出口管制企業(yè)名單，限制美國(guó)的技術(shù)向其出口和轉(zhuǎn)移。名單中的中電科13所和55所是國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的化合物半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)。
展開(kāi) 研發(fā) | 穩(wěn)懋看好這些化合物半導(dǎo)體的未來(lái)
“化合物半導(dǎo)體已存在我們生活的每一處！”，穩(wěn)懋半導(dǎo)體副董事長(zhǎng)王郁琦以一句話開(kāi)頭，在Comuptex上分享化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用趨勢(shì)。
穩(wěn)懋作為全球最大的化合物半導(dǎo)體晶圓代工廠，基本上，只要是智能手機(jī)，里面一定會(huì)有其生產(chǎn)的功率放大元件，而只要是做射頻通訊元件的廠商，幾乎都是穩(wěn)懋的客戶。
化合物半導(dǎo)體應(yīng)用于5G手機(jī)，需求量應(yīng)聲上揚(yáng)
演說(shuō)以化合物半導(dǎo)體原理、重要里程碑做為開(kāi)端，王郁琦點(diǎn)出化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：相較于主流矽材料，砷化鎵（GaAs）擁有較高電子遷移率，適用于無(wú)線通訊跟高頻傳輸；同時(shí)也具有高效率光電轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)用于3D感測(cè)發(fā)光源的面射型雷射（VCSEL），也采用砷化鎵制程。
化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用，從智慧型手機(jī)、Wi-Fi路由器乃至于衛(wèi)星基地和雷達(dá)等有導(dǎo)入，涵蓋廣泛。2017年，iPhone首次推出使用VCSEL作為3D傳感設(shè)備光源的Face ID產(chǎn)品，對(duì)此，王郁琦表示：「5G智能手機(jī)含有更多的化合物半導(dǎo)體成分，因?yàn)樾枰嗟纳榛墎?lái)做PA功率放大器。」據(jù)悉，目前穩(wěn)懋也是蘋(píng)果iPhone 12 Pro的LiDAR（光達(dá)）獨(dú)家代工廠，具備技術(shù)及量產(chǎn)能力。
王郁琦點(diǎn)出，相較于4G世代，5G應(yīng)用的PA顆數(shù)倍增。
展開(kāi) 曾經(jīng)的LED領(lǐng)頭羊Cree剝離照明業(yè)務(wù)，對(duì)我國(guó)發(fā)展化合物半導(dǎo)體有何啟示？
禁運(yùn)名單中包括多家以化合物半導(dǎo)體為專長(zhǎng)的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)。另一方面，國(guó)際巨頭頻頻加大布局，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需注重資源整合。Cree通過(guò)此次業(yè)務(wù)剝離，更加專注鞏固化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。此前，Infineon推出SiC和GaN的完整電源解決方案，ST的SiC MOSFET已批量應(yīng)用于特斯拉電動(dòng)車。
國(guó)內(nèi)化合物半導(dǎo)體各環(huán)節(jié)企業(yè)和整機(jī)應(yīng)用企業(yè)需加強(qiáng)合作，推動(dòng)以資本為紐帶整合產(chǎn)業(yè)資源。面向5G通信基站、新能源汽車和工業(yè)電源等市場(chǎng)，加大國(guó)產(chǎn)化合物半導(dǎo)體產(chǎn)品的試用和驗(yàn)證。發(fā)揮政府的組織協(xié)調(diào)優(yōu)勢(shì)，搭建試用驗(yàn)證平臺(tái)，鼓勵(lì)整機(jī)企業(yè)敢用、愿用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。通過(guò)模擬真實(shí)應(yīng)用環(huán)境，不斷試錯(cuò)、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，提升國(guó)內(nèi)器件企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
表1 我國(guó)化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系
數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪智庫(kù)整理
作者朱邵歆，系賽迪研究院集成電路研究所副所長(zhǎng)
夏夢(mèng)陽(yáng)，供職于賽迪研究院集成電路研究所
展開(kāi) 化合物半導(dǎo)體單晶片清洗技術(shù)
【摘要】本文開(kāi)發(fā)了一種新穎的單晶片清洗技術(shù)，以滿足化合物半導(dǎo)體制造的需求:去除光刻膠和蝕刻后殘留物，同時(shí)保持與各種化合物半導(dǎo)體材料、暴露金屬和介電層的兼容性。CoatsClean平臺(tái)是工藝和化學(xué)技術(shù)的結(jié)合，具有顯著減少化學(xué)物質(zhì)使用、縮短工藝時(shí)間、晶圓間一致性和工藝靈活性的特點(diǎn)。本文描述了CoatsClean技術(shù)，并展示了在生產(chǎn)聚酰亞胺過(guò)孔和基座層的GaAs異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)時(shí)去除蝕刻后殘留物的能力。
coats清潔過(guò)程描述
CoatsCleanTM工藝采用了一種新開(kāi)發(fā)的EVG-301RS單片光刻膠剝離系統(tǒng)，專門用于實(shí)現(xiàn)CoatsCleanTM技術(shù)。用有機(jī)溶劑配方脫衣器去除。CoatsCleanTM過(guò)程是在一個(gè)碗中執(zhí)行的多步驟過(guò)程，它使工具占用空間很小。晶片上涂上配方的脫衣器，有足夠的體積可以完全覆蓋晶片的頂部表面，與浸沒(méi)或單晶片噴霧工具相比，每個(gè)晶片的化學(xué)使用顯著減少。接下來(lái)，使用用點(diǎn)加熱，將配方在晶片上加熱。使用點(diǎn)加熱提供了靈活性，處理在不同的晶圓類型在相同的工具和在同一碗。加熱后，首先用少量的新鮮配方?jīng)_洗配方，然后用水噴霧沖洗。
最后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)干燥來(lái)干燥晶片。除了減少化學(xué)物質(zhì)的使用外，在每個(gè)晶片上使用新鮮的、未使用的溶液還會(huì)導(dǎo)致晶片對(duì)晶片的一致性和增加化學(xué)配方的穩(wěn)定性，因?yàn)榇鎯?chǔ)在工具中的化學(xué)物質(zhì)是在室溫下而不是在較高的清洗溫度下保存的。總的來(lái)說(shuō)，CoatsCleanTM技術(shù)提供了一種光致光刻膠去除和晶片清潔的新方法，與傳統(tǒng)的光刻膠條工藝相比，它提供了環(huán)境的可持續(xù)性和更低的擁有成本。
展開(kāi) 
一文看懂化合物半導(dǎo)體，機(jī)會(huì)在哪里？
半導(dǎo)體材料可分為單質(zhì)半導(dǎo)體及化合物半導(dǎo)體兩類，前者如硅（Si）、鍺(Ge）等所形成的半導(dǎo)體，后者為砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等化合物形成。半導(dǎo)體在過(guò)去主要經(jīng)歷了三代變化，砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）半導(dǎo)體分別作為第二代和第三代半導(dǎo)體的代表，相比第一代半導(dǎo)體高頻性能、高溫性能優(yōu)異很多，制造成本更為高昂，可謂是半導(dǎo)體中的新貴。
三大化合物半導(dǎo)體材料中，GaAs占大頭，主要用于通訊領(lǐng)域，全球市場(chǎng)容量接近百億美元，
主要受益通信射頻芯片尤其是PA升級(jí)驅(qū)動(dòng)；GaN大功率、高頻性能更出色，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，目前市場(chǎng)容量不到10億美元，隨著成本下降有望迎來(lái)廣泛應(yīng)用；SiC主要作為高功率半導(dǎo)體材料應(yīng)用于汽車以及工業(yè)電力電子，在大功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。
超越摩爾：光學(xué)、射頻、功率等模擬IC持續(xù)發(fā)展
摩爾定律放緩，集成電路發(fā)展分化
。現(xiàn)在集成電路的發(fā)展主要有兩個(gè)反向：More Moore （深度摩爾）和More than Moore （超越摩爾）。摩爾定律是指集成電路大概18個(gè)月的時(shí)間里，在同樣的面積上，晶體管數(shù)量會(huì)增加一倍，但是價(jià)格下降一半。但是在28nm時(shí)遇到了阻礙，其晶體管數(shù)量雖然增加一倍，但是價(jià)格沒(méi)有下降一半。
展開(kāi) 智芯研報(bào) | 化合物半導(dǎo)體之氮化鎵&碳化硅
本文內(nèi)容由第三代半導(dǎo)體聯(lián)合創(chuàng)新孵化中心
（ID：casazlkj )
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化合物半導(dǎo)體主要指砷化鎵 （GaAs）、氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等第二、第三代半導(dǎo)體，相比第一代單質(zhì)半導(dǎo)體，在高頻性能、高溫性能方面優(yōu)異很多。
砷化鎵：具有高頻、抗輻射、耐高溫的特性，大規(guī)模應(yīng)用于無(wú)線通訊領(lǐng)域，目前已經(jīng)成為 PA 和Switch 的主流材料；
氮化鎵：主要被應(yīng)用于通訊基站、功率器件等領(lǐng)域，功放效率高、功率密度大，因而能節(jié)省大量電能，同時(shí)減少基站體積和質(zhì)量；
碳化硅：主要用于大功率高頻功率器件，IHS 預(yù)測(cè)到 2025 年 SiC 功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 30 億美元，在未來(lái)的 10 年內(nèi)，SiC 器件將開(kāi) 始大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動(dòng)汽車領(lǐng)域，近期碳化硅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度開(kāi)始加速， 意法、英飛凌等中游廠商開(kāi)始鎖定上游晶圓貨源。
第三代半導(dǎo)體適應(yīng)更多應(yīng)用場(chǎng)景。
展開(kāi) 干貨 | 一文看懂臺(tái)灣第三代半導(dǎo)體供應(yīng)鏈
但業(yè)界人士透露，以三安光電為例，化合物半導(dǎo)體產(chǎn)能約為1,500 片，跟臺(tái)灣穩(wěn)懋、宏捷科數(shù)萬(wàn)片的產(chǎn)能相比，仍有不小差距。
干貨 | 一文看懂臺(tái)灣第三代半導(dǎo)體供應(yīng)鏈
漢民集團(tuán)：從基板到代工技術(shù)，體系完整
漢民集團(tuán)則是最早布局化合物半導(dǎo)體的公司，在結(jié)束瀚薪之前，漢民從車用化合物半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)（瀚薪），基板和外延技術(shù)（嘉晶），到代工制造（漢磊），體系十分完整。漢磊也是臺(tái)灣少數(shù)同時(shí)能制造氮化鎵和碳化硅芯片的公司，也因此，瀚薪的解散更讓人覺(jué)得不尋常。
晶成：硅基氮化鎵功率半導(dǎo)體制造技術(shù)
此外，富采（原晶電）由于LED 制造原本就需要化合物半導(dǎo)體外延技術(shù)，2018 年也將旗下代工事業(yè)分割出來(lái)，成立晶成半導(dǎo)體，專攻化合物半導(dǎo)體制造。2019 年，環(huán)宇-KY 也投資晶成，目前晶成也有能力提供硅基氮化鎵功率半導(dǎo)體制造服務(wù)。
根據(jù)張翼觀察，目前臺(tái)灣在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域，是「制造強(qiáng)，兩端弱」，做代工制造的公司很多，但有能力設(shè)計(jì)第三代半導(dǎo)體IC 設(shè)計(jì)的公司卻不多。高頻電路設(shè)計(jì)需要數(shù)學(xué)、物理、電磁波理論基礎(chǔ)，功率IC 設(shè)計(jì)需機(jī)電（機(jī)械、電子、電機(jī)）整合背景，設(shè)計(jì)人才非常稀有。另外，臺(tái)灣也需要突破基板制造的技術(shù)；例如，制造通訊IC 需要絕緣碳化硅基板，如果臺(tái)灣有能力自制基板，穩(wěn)懋和宏捷科的發(fā)展會(huì)更為快速。
與歐美廠商仍有差距
在發(fā)展第三代半導(dǎo)體上，不管中國(guó)臺(tái)灣還是中國(guó)大陸，與歐美仍有不小的差距。名列全球前10 大半導(dǎo)體廠英飛凌，高級(jí)經(jīng)理高金萍接受財(cái)訊采訪時(shí)表示，目前全球主流車廠電動(dòng)車規(guī)格已往800 伏特高壓平臺(tái)發(fā)展，意即對(duì)臺(tái)廠來(lái)說(shuō)較為困難的碳化硅將成主流。英飛凌發(fā)展碳化硅技術(shù)超過(guò)25 年，已有20 家車廠在使用及評(píng)估英飛凌的碳化硅產(chǎn)品。
高金萍指出，未來(lái)不只電動(dòng)車需要第三代半導(dǎo)體，從提升太陽(yáng)能發(fā)電效率，縮短電動(dòng)車充電時(shí)間，到提高數(shù)據(jù)中心的用電效率，縮小行動(dòng)裝置電源體積，都用得上這項(xiàng)技術(shù)。
目前，中國(guó)大陸也拼命投資第三代半導(dǎo)體，如華為投資碳化硅外延片廠商瀚天天成；長(zhǎng)期生產(chǎn)LED 的三安光電，也因?yàn)槭褂玫牟牧舷嘟l(fā)展受到矚目。
展開(kāi) 關(guān)注 | 全球廠商爭(zhēng)霸第三代半導(dǎo)體
而根據(jù)工研院產(chǎn)科國(guó)際所統(tǒng)計(jì)，化合物功率半導(dǎo)體（即第2和第3代半導(dǎo)體）去年市場(chǎng)規(guī)模約298億美元，但2025年會(huì)成長(zhǎng)到361.7億美元，2030年更可逾430億美元，成長(zhǎng)潛力大。
尤其，第3類半導(dǎo)體并不好做，以通訊晶片為例，要按照不同的通訊需求，選擇不同的材料，在原子等級(jí)的尺度下精確排好，難度有如給你各種不同形狀的石頭，堆出一座穩(wěn)固的高塔，誰(shuí)能用這些材料，生產(chǎn)出更省電、性能更好的電晶體，就是這個(gè)市場(chǎng)的勝利者。
目前，第3代半導(dǎo)體有3個(gè)主要應(yīng)用市場(chǎng)。第1，是將氮化鎵材料用來(lái)制作5G、高頻通訊的材料（簡(jiǎn)稱RF GaN）。過(guò)去20年，許多人想用成熟的矽制程，做出可以用在5G高頻通訊上的零組件，最有名的是高通在2013年推出的RF 360計(jì)劃。當(dāng)時(shí)，市場(chǎng)上的擔(dān)心，高通這項(xiàng)新技術(shù)推出之時(shí)，就是生產(chǎn)通訊用化合物半導(dǎo)體制造商的「死期」，穩(wěn)懋股價(jià)還曾因此重挫。
3個(gè)主要市場(chǎng)愈難做毛利愈高
結(jié)果，高通生產(chǎn)出來(lái)的硅芯片非常燙，完全沒(méi)辦法用在手機(jī)上；后來(lái)，連高通都回頭跟穩(wěn)懋下單。業(yè)界人士觀察，通訊會(huì)愈來(lái)愈往高頻發(fā)展，未來(lái)高頻通訊芯片都是化合物半導(dǎo)體的天下，王尊民觀察，這個(gè)領(lǐng)域也是化合物半導(dǎo)體制造毛利率最高的部分，像穩(wěn)懋和宏捷科的毛利都在3~4成。
第2個(gè)市場(chǎng)，是用氮化鎵制造電源轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱Power GaN），這是目前最熱門的領(lǐng)域。
展開(kāi) 功率半導(dǎo)體組件的主流爭(zhēng)霸戰(zhàn) —— 硅、碳化硅、氮化鎵的三角習(xí)題
隨著智能型手機(jī)3D感測(cè)、電動(dòng)車及5G需求爆發(fā)，電動(dòng)車半導(dǎo)體功率組件需要更高的轉(zhuǎn)換效率，承受更高的電壓，第三類化合物半導(dǎo)體（如GaN、SiC）相較于第二類化合物半導(dǎo)體（如GaAs、InP）、第一類硅基半導(dǎo)體更為適合。
整體而言，次世代功率半導(dǎo)體（如SiC、GaN、Ga2O3等）的性能優(yōu)于硅（Si），尤其是SiC功率半導(dǎo)體，受惠于資通訊、能源、汽車/電子設(shè)備需求強(qiáng)勁，身價(jià)水漲船高。日本富士經(jīng)濟(jì)特別針對(duì)電動(dòng)車與可再生能源相關(guān)的功率半導(dǎo)體全球市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，由于2030年碳中和及2050年凈零碳排目標(biāo)逼近，加上電動(dòng)車與可再生能源的普及率明顯提升，預(yù)估2030年市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)5兆3,587億日?qǐng)A，推升次世代功率半導(dǎo)體需求，規(guī)模可望逾1兆日?qǐng)A。若以每臺(tái)電動(dòng)車需使用250個(gè)功率半導(dǎo)體組件計(jì)算，化合物半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模成長(zhǎng)性令人期待。
展開(kāi) 半導(dǎo)體外延設(shè)備制造商市值攀升
雖然化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域的許多其他公司不像IPG那樣直接受到烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)的影響，但它們將受到能源價(jià)格上漲和消費(fèi)者信心下降的影響。然而，隨著歐洲轉(zhuǎn)向擺脫對(duì)俄羅斯天然氣和石油的依賴，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這可能對(duì)我們的行業(yè)有好處，從而加速向可再生能源和電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)變。這將導(dǎo)致GaN和SiC電力電子器件的銷售激增。所以，希望是存在的——但話雖如此，仍然很難知道未來(lái)幾年我們行業(yè)和整個(gè)人類會(huì)發(fā)生什么。
【免責(zé)聲明】文章為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表半導(dǎo)體材料與工藝設(shè)備立場(chǎng)。如因作品內(nèi)容、版權(quán)等存在問(wèn)題，請(qǐng)于本文刊發(fā)30日內(nèi)聯(lián)系半導(dǎo)體材料與工藝設(shè)備進(jìn)行刪除或洽談版權(quán)使用事宜。
常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有哪些 半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
來(lái)源：與非網(wǎng)
導(dǎo)體材料（semiconductor material）是一類具有半導(dǎo)體性能（導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍內(nèi)）、可用來(lái)制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。下面是有關(guān)“常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有哪些 半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)”的詳細(xì)說(shuō)明。
1.常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有哪些
半導(dǎo)體材料很多，按化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類。鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體;化合物半導(dǎo)體包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（ 硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物），以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。
半導(dǎo)體的分類，按照其制造技術(shù)可以分為：集成電路器件，分立器件、光電半導(dǎo)體、邏輯IC、模擬IC、儲(chǔ)存器等大類，一般來(lái)說(shuō)這些還會(huì)被分成小類。此外還有以應(yīng)用領(lǐng)域、設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行分類，雖然不常用，但還是按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其規(guī)模進(jìn)行分類的方法。此外，還有按照其所處理的信號(hào)，可以分成模擬、數(shù)字、模擬數(shù)字混成及功能進(jìn)行分類的方法。
2.半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能，用來(lái)制作半導(dǎo)體器件的電子材料。常用的重要半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理是通過(guò)電子和空穴這兩種載流子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此相應(yīng)的有N型和P型之分。半導(dǎo)體材料通常具有一定的禁帶寬度，其電特性易受外界條件(如光照、溫度等)的影響。不同導(dǎo)電類型的材料是通過(guò)摻入特定雜質(zhì)來(lái)制備的。雜質(zhì)(特別是重金屬快擴(kuò)散雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì))對(duì)材料性能的影響尤大。
展開(kāi) 淺談半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)及未來(lái)
除此之外，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在眾多半導(dǎo)體材料中，硅片以37%的占比位列第一；其次就是占比13%電子氣體和光掩模；之后便是7%的光刻機(jī)輔材和拋光材料；最后剩下的就是光刻膠、靶材和濕化學(xué)品了。
除了按照芯片制造流程分類，還可以按照化學(xué)成分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體，其中鍺和硅是最常見(jiàn)的元素半導(dǎo)體，而化合物半導(dǎo)體主要包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（ 硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物），以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。
03 半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
半導(dǎo)體材料的重要程度不言而喻，那是這些半導(dǎo)體材料究竟有哪些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)呢？
目前常見(jiàn)的半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理是通過(guò)電子和空穴這兩種載流子來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此相應(yīng)的有N型和P型之分，半導(dǎo)體材料通常具有一定的禁帶寬度，而且它的電特性會(huì)容易受到外界環(huán)境的影響，如溫度、光照等，其次不同的導(dǎo)電類型材料是通過(guò)摻入特定的雜質(zhì)來(lái)制備的，尤其是重金屬快擴(kuò)散雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì)對(duì)材料性能的影響最大。
因此，半導(dǎo)體就要擁有很高的純度，而這不僅使得用來(lái)生產(chǎn)半導(dǎo)體材料的原材料也有具有極高的純度，還對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的純度也有很高的純度，從而來(lái)減少生產(chǎn)過(guò)程中雜志污染度，此外，因?yàn)?em>半導(dǎo)體材料大部分都是晶體，因此半導(dǎo)體器件對(duì)于材料晶體的完整性也有著更高的要求。
首先在元素半導(dǎo)體中，硅的應(yīng)用范圍極廣，它不僅是半導(dǎo)體集成電路，以及半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料，還是日用家電中的核心材料，而稀有元素鍺，則基本集中在二極管、三極管的制作當(dāng)中，如以鍺為核心材料的制造的錢江如探測(cè)器。
展開(kāi) 第三代功率半導(dǎo)體進(jìn)入快車道
預(yù)計(jì)到 2025 年的時(shí)候，GaN 功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)到 13.2 億美元。此外集邦咨詢強(qiáng)調(diào)，第三代功率半導(dǎo)體基板相較于傳統(tǒng)硅基板的制造難度和成本也都更高。
好消息是，目前各大基板供應(yīng)商都呈現(xiàn)了努力發(fā)展的態(tài)勢(shì)。隨著 Wolfspeed、II-VI、Qromis 等公司相繼擴(kuò)大產(chǎn)能，預(yù)計(jì)今年下半年可實(shí)現(xiàn) 8 英寸基板的量產(chǎn)，且未來(lái)幾年仍有相當(dāng)大的持續(xù)增長(zhǎng)空間。
事實(shí)證明，SiC和GaN的優(yōu)勢(shì)對(duì)諸多供應(yīng)鏈的廠商有極大的吸引力，其中不少?gòu)S家早已積極投身于此類材料的研發(fā)。
臺(tái)積電正專注于硅基氮化鎵的發(fā)展。雖然這項(xiàng)技術(shù)在通信方面受到限制，但它在汽車應(yīng)用中是一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的組件。臺(tái)積電在年報(bào)中透露，2020年已開(kāi)發(fā)150和650電壓。去年2月，意法半導(dǎo)體宣布與臺(tái)積電合作制造汽車化合物半導(dǎo)體。
臺(tái)積電在制造 8 英寸晶圓的 GaN 器件方面取得了進(jìn)展，而 6 英寸晶圓仍然是化合物半導(dǎo)體的主流。臺(tái)積電許多退役的 8 英寸晶圓廠將承擔(dān)新的化合物半導(dǎo)體生產(chǎn)。
與臺(tái)積電一樣，VIS 也專注于 GaN on Silicon 襯底的開(kāi)發(fā)。VIS 總裁 Leuh Fang 表示，該代工廠的目標(biāo)是建立一個(gè)完整的制造工藝，包括晶圓超薄化。
Sino-American Silicon Products Inc. (SAS)正在擴(kuò)展第三代半導(dǎo)體，去年，該公司成為化合物半導(dǎo)體制造商AWSC進(jìn)入電信應(yīng)用領(lǐng)域的最大股東。據(jù)《財(cái)富》雜志報(bào)道，其子公司 Global Wafer 也在塑造第三代半導(dǎo)體基板的生產(chǎn)，但仍需提高良率和成本。
展開(kāi) 又一碳化硅項(xiàng)目封頂，總投資2億元！
截止目前，據(jù)“三代半風(fēng)向”不完全統(tǒng)計(jì)，
東北三省（遼寧、吉林和黑龍江）
公布的第三代半導(dǎo)體項(xiàng)目，合計(jì)有
7個(gè)
，計(jì)劃總投資額超過(guò)
211億元
。
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2020年7月，
科友半導(dǎo)體
產(chǎn)學(xué)研聚集區(qū)項(xiàng)目正式開(kāi)工建設(shè)。該項(xiàng)目一期計(jì)劃投資
10億元
，主要建設(shè)中俄第三代半導(dǎo)體研究院等項(xiàng)目。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后可形成年產(chǎn)高導(dǎo)晶片近10萬(wàn)片，高純半絕緣晶體1000公斤的產(chǎn)能；
PVT-SiC 晶體生長(zhǎng)成套設(shè)備
年產(chǎn)銷200臺(tái)套。
據(jù)介紹，科友半導(dǎo)體已完成6英寸第三代半導(dǎo)體襯底制備，正在進(jìn)行8英寸研制，有望成為國(guó)內(nèi)首家攻克8英寸第三代半導(dǎo)體襯底的企業(yè)。
? 2020年7月，《
遼寧中科鞍鎵半導(dǎo)體
科技有限公司第三代化合物半導(dǎo)體芯片制造項(xiàng)目》發(fā)布環(huán)評(píng)公示，其中提到，該項(xiàng)目總投資
62.8567億元
，擬建設(shè)第三代化合物半導(dǎo)體芯片制造項(xiàng)目，年產(chǎn)第三代化合物晶體管5億顆。
? 2020年3月，吉林省商務(wù)廳發(fā)布了《吉林市
華微電子股份
有限公司半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目》，其中提到，華微電子將投資
102億
建設(shè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園，主要進(jìn)行
SiC外延片
、IGBT、MOSFET等芯片生產(chǎn)制造。
? 2020年2月，據(jù)吉林日?qǐng)?bào)報(bào)道，
五豐半導(dǎo)體
將在長(zhǎng)春建立化合物半導(dǎo)體芯片研發(fā)中心和一條月產(chǎn)5000片的4英寸砷化鎵、
氮化鎵
、磷化銦晶圓生產(chǎn)線。
? 2020年1月，
大慶溢泰半導(dǎo)體
材料有限公司化合物半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目一期全部建成達(dá)產(chǎn)，已進(jìn)入邊安裝、邊調(diào)試、邊投入使用階段。該項(xiàng)目計(jì)劃投資
21億元
，規(guī)劃建設(shè)年產(chǎn)6萬(wàn)片6英寸
碳化硅晶片
等6個(gè)子項(xiàng)目。
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