如果說(shuō)PC、智能手機的普及是硅半導體的革命，目前在全球掀起擴產(chǎn)潮的第三代半導體碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）正在尋找下一個(gè)落地應用的風(fēng)口。

第三代半導體主要指具有寬帶隙特性（注：帶隙主要指是指半導體材料中電子從價(jià)帶躍遷到導帶所需的最小能量，大于2.5eV為寬帶隙，硅的帶隙約為1.1 eV，鍺為0.66eV）的半導體材料，因此又稱(chēng)寬禁帶半導體，主要包括碳化硅（SiC，帶隙為3.2eV）、氮化鎵（GaN,，帶隙為3.4eV）。

與第一代半導體硅（Si）和第二代半導體砷化鎵（GaAs）相比，第三代半導體在高溫、高壓、高頻這一類(lèi)的極端條件下工作更穩定且消耗能量更少，具備更好的性能表現。

近些年隨著(zhù)硅晶體管尺寸逼近物理極限，通過(guò)縮小晶體管尺寸來(lái)提高集成電路性能的方法變得越來(lái)難走通，第三代半導體成為了行業(yè)探索的新材料方向。

作為新技術(shù)，第三代半導體的成本整體遠高于傳統的硅材料。同樣生產(chǎn)一個(gè)功率半導體元器件，碳化硅的價(jià)格是硅的3到5倍，氮化鎵成本相對更高。因此按照行業(yè)曾經(jīng)探索降低硅的成本走過(guò)的“研發(fā)-量產(chǎn)-降低成本-大規模應用”規?；缆?，目前圍繞碳化硅與氮化鎵的落地，全球正在掀起擴產(chǎn)潮。

碳化硅的發(fā)展速度整體快于氮化鎵。近些年來(lái)碳化硅被特斯拉等新能源汽車(chē)廠(chǎng)商大規模引入車(chē)用功率半導體領(lǐng)域，用來(lái)生產(chǎn)車(chē)載充電器和DC/DC轉換器等關(guān)鍵部件。這些應用有助于提高電動(dòng)汽車(chē)的性能，包括增加續航里程、縮短充電時(shí)間和提高整體能效。

隨著(zhù)碳化硅的加速上車(chē)，汽車(chē)電子巨頭都在加大范圍都在大范圍擴產(chǎn)，其中以功率半導體巨頭英飛凌擴產(chǎn)動(dòng)作最多。 

今年8月，英飛凌在馬來(lái)西亞居林建設的全球最大的200毫米碳化硅 (SiC) 功率半導體晶圓廠(chǎng)新工廠(chǎng)一期項目開(kāi)業(yè)，這也是目前為止全球最大的200毫米碳化硅晶圓廠(chǎng)。按照英飛凌的規劃，公司計劃五年內向居林工廠(chǎng)投資50億歐元，目標是到2030年之前，在全球碳化硅市場(chǎng)中所占的份額提高到30%，碳化硅年收入超過(guò)70億歐元。

除新能源汽車(chē)外，碳化硅的應用逐漸滲透進(jìn)入光伏、儲能等領(lǐng)域，目前全球碳化硅市場(chǎng)由幾家國際廠(chǎng)商主導，英飛凌、意法半導體、Wolfspeed、Rohm、Onsemi這五家家公司占有大約70%的市場(chǎng)份額。國內企業(yè)如天岳先進(jìn)、士蘭微、瀚天天成、山東天承等也在積極擴產(chǎn)，在市場(chǎng)中占據一席之地。

與碳化硅相比，氮化鎵在規模與發(fā)展速度上有一定差距，應用成本也相對高。但近些年行業(yè)也在加速整合，開(kāi)拓市場(chǎng)。

氮化鎵由于可以在更小的尺寸下提供更高的功率輸出，最早便被引入消費電子領(lǐng)域，用來(lái)生產(chǎn)PC及智能手機所用的小功率電子產(chǎn)品，如快充充電器、5G通信和WiFi器件，目前也被被引入自動(dòng)駕駛激光雷達、數據中心、光伏等大功率工業(yè)設備應用市場(chǎng)。

此外，氮化鎵還具有特殊的優(yōu)勢。氮化鎵晶體可以在各種襯底上生長(cháng)，包括藍寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。生產(chǎn)氮化鎵可以使用現有的硅制造基礎設施，從而無(wú)需使用成本很高的特定生產(chǎn)設施，而且可采用低成本、大直徑的硅晶片。

美國一家做氮化鎵功率器件的公司EPC創(chuàng )始人Alex Lidow近期接受界面新聞采訪(fǎng)時(shí)介紹，目前行業(yè)普遍可以利用原有的硅芯片廠(chǎng)設備生產(chǎn)氮化鎵，不需要大規模投資建設新廠(chǎng)，這也在一定程度上降低了氮化鎵落地的門(mén)檻。 

Alex Lidow告訴記者，公司自2007年成立以來(lái)，其所生產(chǎn)的氮化鎵產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用在許多領(lǐng)域，其中自動(dòng)駕駛激光雷達、數據中心服務(wù)器是占比最大的兩塊應用設備市場(chǎng)，隨著(zhù)生成式AI目前帶動(dòng)數據中心行業(yè)的爆發(fā)式增長(cháng)，未來(lái)會(huì )進(jìn)一步加快氮化鎵產(chǎn)品的普及。

在此過(guò)程中，氮化鎵的成本也進(jìn)一步下探，價(jià)格有希望逼近甚至比碳化硅更低。據其介紹，在2015年左右，EPC推出的氮化鎵功率半導體eGaNFET在相同功率情況下已經(jīng)可以做到與功率MOSFET不相上下的價(jià)格優(yōu)勢。

對于氮化鎵的下一個(gè)風(fēng)口，Alex Lidow最看好人形機器人的應用前景。由于人形機機器人自由度急劇上升，對電機驅動(dòng)器的需求量大幅增加。為了獲得更高的爆發(fā)力，需要配置高功率密度、高效率的電機驅動(dòng)器，氮化鎵的優(yōu)勢就在于此。他認為，人形機器人身上許多關(guān)鍵零部件都更適合用氮化鎵。雖然目前人形機器人的絕對數量還不夠多，未來(lái)應用前景尚不明朗，但隨著(zhù)特斯拉以及中國人形機器人公司都在為量產(chǎn)計劃做準備，氮化鎵公司作為供應商有希望分到這個(gè)市場(chǎng)的第一波紅利。

Alex Lidow曾在傳統硅半導體時(shí)代作為HEXFET功率MOSFET（六角形場(chǎng)效應晶體管）的共同發(fā)明者，擁有三十多項功率半導體技術(shù)專(zhuān)利。在他看來(lái)，硅半導體器件在性能和效率的提高上已經(jīng)達到了瓶頸期，碳化硅、氮化鎵伴隨行業(yè)擴產(chǎn)的進(jìn)程會(huì )加速普及。EPC目前最重要的兩大市場(chǎng)分別是美國、中國。中國當前也是全球推動(dòng)第三代半導體發(fā)展的重要國家力量。

來(lái)源：界面新聞