- 半導(dǎo)體材料的發(fā)展史及材料性能分析

　　碳化硅器件和電路具有超強(qiáng)的性能和廣闊的應(yīng)用前景，因此一直受業(yè)界高度重視，基本形成了美國、歐洲、日本三足鼎立的局面。目前，國際上實(shí)現(xiàn)碳化硅單晶拋光片商品化的公司主要有美國的Cree 公司、Bandgap 公司、Dow Dcorning 公司、II-VI公司、Instrinsic 公司；日本的Nippon 公司、Sixon 公司；芬蘭的Okmetic 公司；德國的SiCrystal 公司，等。

　　氮化鎵材料

　　氮化鎵（GaN） 材料是1928 年由Jonason 等人合成的一種Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料。

　　氮化鎵是氮和鎵的化合物，此化合物結(jié)構(gòu)類似纖鋅礦，硬度很高。作為時(shí)下新興的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，提供超越硅的多種優(yōu)勢(shì)。與硅器件相比，GaN在電源轉(zhuǎn)換效率和功率密度上實(shí)現(xiàn)了性能的飛躍。

　　相對(duì)于硅、砷化鎵、鍺甚至碳化硅器件，GaN 器件可以在更高頻率、更高功率、更高溫度的情況下工作。另外，氮化鎵器件可以在1~110GHz 范圍的高頻波段應(yīng)用，這覆蓋了移動(dòng)通信、無線網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)微波通信、雷達(dá)應(yīng)用等波段。近年來，以GaN 為代表的Ⅲ族氮化物因在光電子領(lǐng)域和微波器件方面的應(yīng)用前景而受到廣泛的關(guān)注。

　　作為一種具有獨(dú)特光電屬性的半導(dǎo)體材料，GaN 的應(yīng)用可以分為兩個(gè)部分：

　　憑借GaN 半導(dǎo)體材料在高溫高頻、大功率工作條件下的出色性能可取代部分硅和其它化合物半導(dǎo)體材料；

　　憑借GaN半導(dǎo)體材料寬禁帶、激發(fā)藍(lán)光的獨(dú)特性質(zhì)開發(fā)新的光電應(yīng)用產(chǎn)品。

　　目前GaN 光電器件和電子器件在光學(xué)存儲(chǔ)、激光打印、高亮度LED 以及無線基站等應(yīng)用領(lǐng)域具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，其中高亮度LED、藍(lán)光激光器和功率晶體管是當(dāng)前器件制造領(lǐng)域最為感興趣和關(guān)注的。

　　目前，整個(gè)GaN 功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)處于起步階段，各國政策都在大力推進(jìn)該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國際半導(dǎo)體大廠也紛紛將目光投向GaN 功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，關(guān)于GaN 器件廠商的收購、合作不斷發(fā)生。

　　中國半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)

　　半導(dǎo)體晶圓制造材料和晶圓制造產(chǎn)能密不可分，近年隨著出貨片數(shù)成長(zhǎng)，半導(dǎo)體制造材料營收也由2013年230億美元成長(zhǎng)到2016年的242億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)率約1.8%。從細(xì)項(xiàng)中可看出硅晶圓銷售占比由2013年35%降到2016年的30%。

　　從2016年晶圓制造材料分類占比可看出，硅晶圓占比最大為30%，隨著下游智能終端機(jī)對(duì)芯片性能的要求不斷提高，對(duì)硅晶圓質(zhì)量的要求也同樣提升，再加上摩爾定律和成本因素驅(qū)使，硅晶圓穩(wěn)定向大尺寸方向發(fā)展。目前全球主流硅晶圓尺寸主要集中在300mm和200mm，出貨占比分別達(dá)70%和20%。

　　根據(jù)2016年全球主要硅晶圓廠商營收資料，前六大廠商全球市占率超過90%，其中前兩大日本廠商Shin-Etsu和SUMCO合計(jì)全球市占率超過50%，***環(huán)球晶圓由于并購新加坡廠商SunEdison Semiconductor，目前排名全球第三，2016年銷售占比達(dá)17%。

　　中國半導(dǎo)體材料分類占比市場(chǎng)狀況與全球狀況類似，硅晶圓和封裝基板分別是晶圓制造和封裝材料占比最大的兩類材料。從增長(zhǎng)趨勢(shì)圖可看到2016～2017年中國半導(dǎo)體材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，無論是晶圓制造材料還是封裝材料，增長(zhǎng)幅度都超過10%。

　　2012~2017年中國晶圓制造材料市場(chǎng)變化

　　總結(jié)

　　國內(nèi)開展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比較晚，與國外相比水平較低，阻礙國內(nèi)第三代半導(dǎo)體研究進(jìn)展的還有原始創(chuàng)新問題。國內(nèi)新材料領(lǐng)域的科研院所和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)大都急功近利，難以容忍長(zhǎng)期“只投入，不產(chǎn)出”的現(xiàn)狀。因此，以第三代半導(dǎo)體材料為代表的新材料原始創(chuàng)新舉步維艱。

　　但是，隨著國家戰(zhàn)略層面支持力度的加大，特別是我國在節(jié)能減排和信息技術(shù)快速發(fā)展方面具備比較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，且具有迫切的市場(chǎng)需求，因此我國將有望集中優(yōu)勢(shì)力量一舉實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破！