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硅衬底LED技术能否让中国弯道超车掌握新一轮半导体照明发展话语权?

2016-01-14 00:23
冷血の爱
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  近年,以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带化合物为代表的第三代半导体材料在引发全球瞩目,成为全球半导体研究前沿和热点,中国也不例外地快马加鞭进行部署。有专家指出,第三代半导体材料是以低碳和智能为特征的现代人类信息化社会发展的基石,是推动节能减排、转变经济发展方式,提升新一代信息技术核心竞争力的决定性因素之一,有着不可替代的支撑作用。那么,这一迅速崛起的第三代半导体材料,能否让中国掌控新一轮半导体照明发展的话语权?

  第三代半导体材料双雄:SiC和GaN

  半导体产业的发展先后经历了以硅(Si)为代表的第一代半导体材料,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料,从上世纪五六十年代以来,这两代半导体材料为工业进步、社会发展做出了巨大贡献。如今,以SiC、GaN、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表的宽禁带半导体材料以更大的优势力压第一、二代半导体材料成为佼佼者,统称第三代半导体材料。

  作为一种新型宽禁带半导体材料,第三代半导体材料在许多应用领域拥有前两代半导体材料无法比拟的优点,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点,可实现高压、高温、高频、高抗辐射能力,被誉为固态光源、电力电子、微波射频器件的“核芯”,以及光电子和微电子等产业的“新发动机”,尤其是新一代半导体照明关键的器件,具有广泛的基础性和重要的引领性。而从目前第三代半导体材料和器件的研究来看,较为成熟的是SiC和GaN半导体材料,而氧化锌、金刚石、氮化铝等材料的研究尚属起步阶段。在一番纷纷扰扰之后,SiC和GaN无疑成为第三代半导体材料双雄,发展最为迅速。

  上世纪90年代之后,GaN进入快速发展时期,年均增长率达到30%,日益成为大功率LED的关键性材料。此后,GaN也同SiC一起,进军功率器件市场。2012年,GaN市场中仅有两三家器件供应商,2013年以来,陆续有很多公司推出新产品,整体市场空间得到了较好扩充。而SiC的商业化应用在21世纪才全面铺开,但商业化生产的SiC早在1987年就存在了。与低一级的Si相比,SiC有诸多优点:有高10倍的电场强度,高3倍的热导率,宽3倍禁带宽度,高1倍的饱和漂移速度。因为这些特点,使其小至LED照明、家用电器、新能源汽车,大至轨道交通、智能电网、军工航天,都具备优势,所以SiC的市场被各产业界颇为看好。

  美日欧争抢制高点

  从国际竞争角度看,美、日、欧等发达国家已将第三代半导体材料列入国家计划,并展开全面战略部署,欲抢占战略制高点。

  如美国,2014年初,美国总统奥巴马宣布成立“下一代功率电子技术国家制造业创新中心”,期望通过加强第三代半导体技术的研发和产业化,使美国占领下一代功率电子产业这个正在出现的规模最大、发展最快的新兴市场,并为美国创造出一大批高收入就业岗位。

  日本也建立了“下一代功率半导体封装技术开发联盟”,由大阪大学牵头,协同罗姆、三菱电机、松下电器等18家从事SiC和GaN材料、器件以及应用技术开发及产业化的知名企业、大学和研究中心,共同开发适应SiC和GaN等下一代功率半导体特点的先进封装技术。

  欧洲则启动了产学研项目“LASTPOWER”,由意法半导体公司牵头,协同来自意大利、德国等六个欧洲国家的私营企业、大学和公共研究中心,联合攻关SiC和GaN的关键技术。项目通过研发高性价比且高可靠性的SiC和GaN功率电子技术,使欧洲跻身于世界高能效功率芯片研究与商用的最前沿。

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