- 半导体材料的发展史及材料性能分析

　　一是化合物半导体的电子迁移率较硅半导体快许多，因此适用于高频传输，在无线电通讯如手机、基地台、无线区域网络、卫星通讯、卫星定位等皆有应用；

　　二是化合物半导体具有直接带隙，这是和硅半导体所不同的，因此化合物半导体可适用发光领域，如发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、光接收器（PIN）及太阳能电池等产品。可用于制造超高速集成电路、微波器件、激光器、光电以及抗辐射、耐高温等器件，对国防、航天和高技术研究具有重要意义。

　　目前，全球GaAs 半导体制造商市场份额最大的五家企业分别是Skyworks、Triquint、RFMD、Avago、穏懋，约占全球总额的65%。而在GaAs 原材料领域，IQE、全新、Kopin 三家公司占据市场67.3%的份额。

　　宽禁带半导体材料

　　近年来，第三代半导体材料正凭借其优越的性能和巨大的市场前景，成为全球半导体市场争夺的焦点。

　　所谓第三代半导体材料，主要包括SiC、GaN、金刚石等，因其禁带宽度（Eg）大于或等于2.3电子伏特（eV），又被称为宽禁带半导体材料。

　　当前，电子器件的使用条件越来越恶劣，要适应高频、大功率、耐高温、抗辐照等特殊环境。为了满足未来电子器件需求，必须采用新的材料，以便最大限度地提高电子元器件的内在性能。

　　和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，是半导体材料领域有前景的材料。

　　在国防、航空、航天、石油勘探、光存储等领域有着重要应用前景，在宽带通讯、太阳能、汽车制造、半导体照明、智能电网等众多战略行业可以降低50%以上的能量损失，高可以使装备体积减小75%以上，对人类科技的发展具有里程碑的意义。

　　目前，由其制作的器件工作温度可达到600 ℃以上、抗辐照1×106 rad；小栅宽GaN HEMT 器件分别在4 GHz 下，功率密度达到40 W/mm；在8 GHz，功率密度达到30 W/mm；在18 GHz，功率密度达到9.1 W/mm；在40 GHz，功率密度达到10.5 W/mm；在80.5 GHz，功率密度达到2.1 W/mm，等。因此，宽禁带半导体技术已成为当今电子产业发展的新型动力。

　　从目前宽禁带半导体材料和器件的研究情况来看，研究重点多集中于碳化硅（SiC） 和氮化镓（GaN）技术，其中SiC 技术最为成熟，研究进展也较快；而GaN 技术应用广泛，尤其在光电器件应用方面研究比较深入。氮化铝、金刚石、氧化锌等宽禁带半导体技术研究报道较少，但从其材料优越性来看，颇具发展潜力，相信随着研究的不断深入，其应用前景将十分广阔。

　　碳化硅材料

　　在现有的宽禁带半导体材料中，碳化硅材料是研究的最成熟的一种。

　　相对于硅，碳化硅的优点很多：有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，用碳化硅制作的器件可以用于极端的环境条件下。微波及高频和短波长器件是目前已经成熟的应用市场。42GHz频率的SiC MESFET用在军用相控阵雷达、通信广播系统中，用碳化硅作为衬底的高亮度蓝光LED是全彩色大面积显示屏的关键器件。

　　而在应用领域，碳化硅有以下优点：

　　1.SiC材料应用在高铁领域，可节能20%以上，并减小电力系统体积;

　　2.SiC材料应用在新能源汽车领域，可降低能耗20%;

　　3.SiC材料应用在家电领域，可节能50%;

　　4.SiC材料应用在风力发电领域，可提高效率20%;

　　5.SiC材料应用在太阳能领域，可降低光电转换损失25%以上;

　　6.SiC材料应用在工业电机领域，可节能30%-50%;

　　7.SiC材料应用在超高压直流输送电和智能电网领域，可使电力损失降低60%，同时供电效率提高40%以上;

　　8.SiC材料应用在大数据领域，可帮助数据中心能耗大幅降低;

　　9.SiC材料应用在通信领域，可显著提高信号的传输效率和传输安全及稳定性;

　　10.SiC材料可使航空航天领域，可使设备的损耗减小30%-50%，工作频率提高3倍，电感电容体积缩小3倍，散热器重量大幅降低。