化合物半导体即Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,包括碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等半导体材料,它们是有别于第一代硅半导体的二、三代半导体。从2000年开始,化合物半导体市场逐步扩大,以砷化镓、氮化镓、碳化硅为首的半导体材料应用增多。
Ⅲ-Ⅴ族化合物与传统硅材料相比具有以下优点:一、带隙较大,所制造的器件能够耐受较大功率,且工作温度更高。电子迁移率高,适合制备高频、高速器件。二、光电转换效率高,适合制作光电器件。
化合物半导体在三代半导体材料性能比较中优异
材料 | - | Si | GaAs | GaN |
物理特性 | 禁带宽度(ev) | 1.1 | 1.4 | 3.4 |
饱和速率(107cm/s) | 1 | 2.1 | 2.7 | |
热导(W/c·K) | 1.3 | 0.6 | 2 | |
击穿电压(M/cm) | 0.3 | 0.4 | 5 | |
- | 电子迁移速率(cm2/V·s) | 1350 | 8500 | 900 |
应用情况 | 光学应用 | 无 | 红外 | 蓝光/紫外 |
高频性能 | 差 | 好 | 好 | |
高温性能 | 中 | 差 | 好 | |
发展阶段 | 成熟 | 发展中 | 初期 |
数据来源:公开资料整理
因此,Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体多应用于光纤通讯、无线通讯、卫星通讯、高端功率器件等领域。其中,砷化镓主要用于民用射频器件、氮化镓主要用于军用/高性能民用射频器件、碳化硅主要用于高压功率器件领域。
化合物半导体下游应用市场开始明确
分类 | 主要下游应用 | 介绍 |
GaAs | 民用射频器件 | 在移动终端的无线PA和射频开关器领域占主导地位,未来高集成度和低成本制造将成为产 业发展趋势,在无线通信、消费电子、汽车电子、物联网等应用领域将得到广泛应用。 |
GaN | 军用/高性能民用射频器件 | 蓝绿光LED产业发展成熟,微波通信器件和电力电子器件产品尚未在民用领域广泛应用。 |
SiC | 高压功率器件 | 产品主要以电力电子器件为主,SiC-IGBT未来将凭借其优异的性能在大型轮船引擎、智能电 网、高铁和风力发电等大功率领域得到应用 |
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砷化镓(GaAs)材料是目前生产量最大、应用最广泛,因而也是最重要的化合物半导体材料,是仅次于硅的最重要的半导体材料。砷化镓材料具有很高的电子迁移率、宽禁带、直接带隙,消耗功率低的特性,广泛应用于高频及无线通讯领域,在手机、无线网络、光纤通讯、汽车雷达、卫星通信、物联网及可穿戴设备等行业具有强劲的市场需求。
中国GaAs市场2011-2016年销售额以及2017-2021年预测(单位:亿元)
数据来源:公开资料整理
而根据相关数据,2014年全球GaAs元件市场总规模为74.3亿美元,较2013年同比增长15%,2015年达到86亿美元,同比增长15.75%,到2020年,市场规模预计将突破130亿美元。
相关报告:智研咨询发布的《2018-2024年中国半导体材料行业全景调研及发展前景预测报告》
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