化合物半導體即Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料,包括碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)等半導體材料,它們是有別于第一代硅半導體的二、三代半導體。從2000年開始,化合物半導體市場逐步擴大,以砷化鎵、氮化鎵、碳化硅為首的半導體材料應(yīng)用增多。
Ⅲ-Ⅴ族化合物與傳統(tǒng)硅材料相比具有以下優(yōu)點:一、帶隙較大,所制造的器件能夠耐受較大功率,且工作溫度更高。電子遷移率高,適合制備高頻、高速器件。二、光電轉(zhuǎn)換效率高,適合制作光電器件。
化合物半導體在三代半導體材料性能比較中優(yōu)異
材料 | - | Si | GaAs | GaN |
物理特性 | 禁帶寬度(ev) | 1.1 | 1.4 | 3.4 |
飽和速率(107cm/s) | 1 | 2.1 | 2.7 | |
熱導(W/c·K) | 1.3 | 0.6 | 2 | |
擊穿電壓(M/cm) | 0.3 | 0.4 | 5 | |
- | 電子遷移速率(cm2/V·s) | 1350 | 8500 | 900 |
應(yīng)用情況 | 光學應(yīng)用 | 無 | 紅外 | 藍光/紫外 |
高頻性能 | 差 | 好 | 好 | |
高溫性能 | 中 | 差 | 好 | |
發(fā)展階段 | 成熟 | 發(fā)展中 | 初期 |
數(shù)據(jù)來源:公開資料整理
因此,Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體多應(yīng)用于光纖通訊、無線通訊、衛(wèi)星通訊、高端功率器件等領(lǐng)域。其中,砷化鎵主要用于民用射頻器件、氮化鎵主要用于軍用/高性能民用射頻器件、碳化硅主要用于高壓功率器件領(lǐng)域。
化合物半導體下游應(yīng)用市場開始明確
分類 | 主要下游應(yīng)用 | 介紹 |
GaAs | 民用射頻器件 | 在移動終端的無線PA和射頻開關(guān)器領(lǐng)域占主導地位,未來高集成度和低成本制造將成為產(chǎn) 業(yè)發(fā)展趨勢,在無線通信、消費電子、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。 |
GaN | 軍用/高性能民用射頻器件 | 藍綠光LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟,微波通信器件和電力電子器件產(chǎn)品尚未在民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 |
SiC | 高壓功率器件 | 產(chǎn)品主要以電力電子器件為主,SiC-IGBT未來將憑借其優(yōu)異的性能在大型輪船引擎、智能電 網(wǎng)、高鐵和風力發(fā)電等大功率領(lǐng)域得到應(yīng)用 |
數(shù)據(jù)來源:公開資料整理
砷化鎵(GaAs)材料是目前生產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛,因而也是最重要的化合物半導體材料,是僅次于硅的最重要的半導體材料。砷化鎵材料具有很高的電子遷移率、寬禁帶、直接帶隙,消耗功率低的特性,廣泛應(yīng)用于高頻及無線通訊領(lǐng)域,在手機、無線網(wǎng)絡(luò)、光纖通訊、汽車雷達、衛(wèi)星通信、物聯(lián)網(wǎng)及可穿戴設(shè)備等行業(yè)具有強勁的市場需求。
中國GaAs市場2011-2016年銷售額以及2017-2021年預(yù)測(單位:億元)
數(shù)據(jù)來源:公開資料整理
而根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),2014年全球GaAs元件市場總規(guī)模為74.3億美元,較2013年同比增長15%,2015年達到86億美元,同比增長15.75%,到2020年,市場規(guī)模預(yù)計將突破130億美元。
相關(guān)報告:智研咨詢發(fā)布的《2018-2024年中國半導體材料行業(yè)全景調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測報告》



