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第三代半导体技术产业化前景研究

供稿人:杜渐  供稿时间:2019-11-9   关键字:第三代半导体  GaN  SiC  

第三代半导体材料的应用前景十分广阔,主要应用领域包括半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及水制氢、生物传感等其他前沿领域。

  图:第三代宽禁带半导体材料应用领域

(1)电力电子器件

第三代半导体取代Si材料制作微波器件、功率器件等电子电力器件,可以以更小体积,实现更快、更可靠和更高效的性能,以成为第三代半导体材料产业化应用最主要的方向之一。

在微波器件方面,GaN射频器件主要应用于国防、无线基站、卫星通信、民用雷达和航电、射频能量等领域。据Yole统计,2018年全球GaN射频器件市场规模为6.32亿美元,预计到2024年市场规模将达到20.2亿美元,年复合增长率超过21%。其中国防、5G基站是两个最大应用领域,2018年两者市场规模分别为3.31亿、2.39亿美元,市场占比52.4%、37.8%,预计到2024年,国防、无线基站领域GaN射频器件的市场规模将分别达到10.53亿、7.16亿美元。 

在功率器件方面,Si基GaN功率器件主要的应用领域为中低压(200~1200V),如笔记本、高性能服务器、基站的开关电源;而SiC功率器件集中在高压领域(>1200V),如太阳能发电、新能源汽车、风电、高铁运输、智能电网的逆变器等。目前,SiC功率器件最大的应用领域为功率因数校正(PFC)和光伏应用,而随着新能源汽车发展,汽车功率模块有望成为增长最快的领域。全球领头厂商均已开始布局车规级SiC。2018年国际上已有20多家汽车厂商在车载充电机(OBC)中使用SiC SBD或SiC MOSFET;此外,特斯拉Model3的逆变器还采用了意法半导体生产的全SiC功率模块,而几乎所有汽车制造商都计划于未来几年在主逆变器中应用SiC电力电子器件。根据Yole预测,到2023年全球SiC功率市场总值将超过14亿美元,2017年至2023年的复合年增长率(CAGR)将达到29%。

(2)激光器和探测器 

GaN基激光器可以覆盖到很宽的频谱范围,实现蓝、绿、紫外激光器和紫外探测的制造。紫色激光器可用于制造大容量光盘,其数据存储盘空间比蓝光光盘高出20倍。紫色激光器还可用于医疗消毒、荧光激励光源等应用,总计市场容量为12亿美元。蓝色激光器可以和现有的红色激光器、倍频全固化绿色激光器一起,实现全真彩显示,推动激光电视实现广泛应用。目前,蓝色激光器和绿光激光器产值约为2亿美元,如果技术瓶颈得到突破,潜在产值将达到500亿美元。GaN基紫外探测器可用于导弹预警、卫星秘密通信、各种环境监测、化学生物探测等领域,但尚未实现产业化。

在前沿研究领域,宽禁带半导体可用于太阳能电池、生物传感器、水制氢媒介等新兴应用领域,但目前这些热点领域还处于实验室研发阶段。

参考文献:

1、ccid, 2017-2018年中国化合物半导体市场发展研究年度报告

2、白春杰等,探讨电子科学技术中的半导体材料发展趋势,科学与信息化,2019.3

3、CASA,第三代半导体报告2018

4、Grand  View  Research,Silicon Carbide Market Analysis and Segment Forecast to 2020

5、mordorintelligence,GLOBAL SEMICONDUCTOR MATERIALS MARKET REPORT


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