半導體是一種導電性能介于導體與絕緣體之間的材料，會根據(jù)其化學狀態(tài)或外部條件而表現(xiàn)為導體或絕緣體，利用這種特性，可以制成功能多種多樣的元器件?，F(xiàn)有的絕大部分電子元器件都離不開半導體，可以說半導體行業(yè)是現(xiàn)代電子信息社會高速發(fā)展的重要支撐。
 
       隨著科學技術的不斷發(fā)展，半導體行業(yè)也已經(jīng)發(fā)展到第三代，從最早的Si、Ge為代表的的第一代半導體逐漸發(fā)展到以SiC、GaN等為代表的的第三代半導體，無論是從功能還是性能來說都有了很大的變化。為了讓大家能夠更好的了解第三代半導體，今天小編就通過物理性能、制備成本和競爭力三個方面來分析一下第三代半導體的優(yōu)勢。
 
什么是第三代半導體？
 
       第三代半導體一般指禁帶寬度大于2.2eV的半導體材料，也稱為寬禁帶半導體材料。半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今經(jīng)歷了三個階段：第一代半導體材料以硅（Si）為代表；第二代半導體材料砷化鎵（GaAs）也已經(jīng)廣泛應用；而以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、氧化鋁（AlO）、金剛石等禁帶為代表的則是系三代半導體。
 
       第三代半導體材料具備高擊穿電場、高熱導率、高電子飽和速率及抗強輻射能力等優(yōu)異性能，是固態(tài)光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，正在成為全球半導體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。其中最具代表性的則是碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)，本文主要論述的也是這兩種半導體材料。

第三代半導體在物理性能上有什么優(yōu)勢？
 
       SiC材料相比于Si材料有著顯著的優(yōu)勢。目前車規(guī)級半導體主要采用硅基材料，但受自身性能極限限制，硅基元器件的功率密度難以進一步提高，硅基材料在高開關頻率及高壓下?lián)p耗大幅度提升。而與硅基半導體材料相比，以碳化硅為代表的第三代半導體材料具有以下優(yōu)勢：

（1）能量損耗低。SiC模塊的開關損耗和導通損耗顯著低于筒燈IGBT模塊，并且隨著開關頻率的提高，與IGBT模塊的損耗差距越大。所以SiC模塊在降低損耗的同時，可以實現(xiàn)高速開關，有助于降低電池用量，提高續(xù)航里程，解決新能源汽車痛點。
（2）更小的封裝尺寸。SiC器件具備更小的能量損耗，能夠提供較高的電流密度。在相同功率等級下，碳化硅功率模塊的體積顯著小于硅基模塊，有助于提升系統(tǒng)的功率密度。
（3）耐高溫、散熱能力強。SiC的禁帶寬度、熱導率約是Si的3倍，可承受溫度更高，高熱導率也將帶來功率密度的提升和熱量的更易釋放，冷卻部件可小型化，有利于系統(tǒng)的小型化和輕量化。
（4）實現(xiàn)高頻開關。SiC材料的電子飽和漂移速率是Si的2倍，有助于提升器件的工作頻率；高臨界擊穿電場的特性使其能夠?qū)OSFET帶入高壓領域，克服IGBT在開關過程中的拖尾電流問題，降低開關損耗和整車損耗，減少無源器件如電容、電感等的使用，從而減少系統(tǒng)體積和重量。
 
       GaN 作為第三代半導體具有寬帶隙（3.4 eV）、擊穿場強大（3.3 MW / cm）、電子飽和漂移速度高（2.7 * 107cm / s）等物理結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。GaN相較前兩代半導體材料具有更大的禁帶寬度和擊穿電壓，同時化學穩(wěn)定性高，能夠耐高溫，耐腐蝕，因此在光電器件以及高頻高功率電子器件應用上具有廣闊的前景。
 
       在以往的半導體材料中，Si是目前集成電路及半導體器件的主要材料，但其帶隙窄，擊穿電壓低，在高頻高功率器件的應用上效果不佳。以GaAs代表的第二代半導體材料由于電子遷移速率高，抗輻射等優(yōu)點在微波通信領域有著重要的應用價值，是目前通信用半導體材料的基礎。然而，GaAs的帶隙和擊穿電壓仍難以滿足高頻高功率器件的要求。