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二十一世紀以來，以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化鋅(ZnO)、金剛石為四大代表的第三代半導體材料開始初露頭角。 

什么是第三代半導體

所謂第三代半導體材料是以SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)為代表(還包括ZnO氧化鋅、GaO氧化鎵、金剛石等)的化合物半導體。與第一代和第二代半導體材料相比，第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更大的電子飽和速度以及更高的抗輻射能力，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

不同半導體材料的發展歷程

第一代半導體主要有硅和鍺，由于硅的自然儲量大、制備工藝簡單，硅成為制造半導體產品的主要原材料，廣泛應用于集成電路等低壓、低頻、低功率場景。但是，第一代半導體材料難以滿足高功率及高頻器件需求。

砷化鎵是第二代半導體材料的代表，較高的電子遷移率使其應用于光電子和微電子領域，是制作半導體發光二極管和通信器件的核心材料。但砷化鎵材料的禁帶寬度較小、擊穿電場低且具有毒性，無法在高溫、高頻、高功率器件領域推廣。

第三代半導體材料以碳化硅、氮化鎵為代表，與前兩代半導體材料相比最大的優勢是較寬的禁帶寬度，保證了其可擊穿更高的電場強度，適合制備耐高壓、高頻的功率器件，是電動汽車、5G 基站、衛星等新興領域的理想材料。

性能優異，第三代半導體成為先進生產力代表

第三代半導體材料主要有三個優勢：

一是速度更快，有助于提高芯片性能。第三代半導體采用寬禁帶材料，關斷時候的漏電電流更小，導通時候的導通阻抗更小，且寄生電容遠遠小于硅工藝材料，所以芯片運行速度更快，功耗消耗更低，待機時間更長。第三代半導體可以用較大的工藝節點達到硅材料先進節點的部分性能。

二是能量轉換效率高，功率損耗小。以新能源汽車為例，相比用傳統硅芯片（如IGBT）驅動的電動汽車，用第三代半導體材料芯片驅動的新能源汽車的能量耗損低5倍左右，由此大幅增加續航里程。從節能的角度考慮，一個大型數據中心機房一年的耗電相當于一個中等城市的用電量，如果采用第三代半導體芯片來控制電源，相比傳統的硅芯片，將能省下大量電力。

三是可以承受更大的功率和更高的電壓。第三代半導體可大幅提高產品的功率密度，適應更高功率、更高電壓、更大電流的未來電動車的需要。基于上述優點，新能源汽車、5G、人工智能及超大數據中心等新應用場景的打開，將給第三代半導體帶來巨大的發展空間，催生上萬億元的潛在市場。更為重要的是，第三代半導體未來將在幫助人類普及新興能源、發展清潔能源、實現碳中和這一目標中發揮重大作用。

第三代半導體應用場景根據產品類型劃分：

1、射頻器件：射頻器件是在無線通信領域負責信號轉換的部件，如功率放大器、射頻開關、濾波器、低噪聲放大器等。碳化硅基氮化鎵射頻器件具有熱導率高、高頻率、高功率等優點，相較于傳統的硅基 LDMOS 器件，其可以更好地適應 5G 通信基站、雷達應用等領域低能耗、高效率要求。

2、功率器件：又稱電力電子器件，主要應用于電力設備電能變換和控制電路方面的大功率電子器件，有功率二極管、功率三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT 等。碳化硅基碳化硅器件在 1000V 以上的中高壓領域有深遠影響，主要應用領域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網等。

3、新能源汽車：電動汽車系統涉及功率半導體應用的組件有電機驅動系統、車載充電系統（On-board charger，OBC）、車載 DC/DC 及非車載充電樁。其中，電動車逆變器市場碳化硅功率器件應用最多，碳化硅模塊的使用使得整車的能耗更低、尺寸更小、行駛里程更長。目前，國內外車企均積極布局碳化硅器件應用，以優化電動汽車性能，特斯拉、比亞迪、豐田等車企均開始采用碳化硅器件。隨著碳化硅功率器件的生產成本降低，碳化硅在充電樁領域的應用也將逐步深入。

4、光伏發電：目前，光伏逆變器龍頭企業已采用碳化硅 MOSFET 功率器件替代硅器件。根據中商情報網數據，使用碳化硅功率器件可使轉換效率從 96%提高至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，設備循環壽命提升 50 倍，從而帶來成本低、效能高的好處。

5、智能電網：國家大力發展新基建，特高壓輸電工程對碳化硅功率器件具有重大需求。其在智能電網中的主要應用場景包括：高壓直流輸電換流閥、柔性直流輸電換流閥、靈活交流輸電裝置、高壓直流斷路器、電力電子變壓器等裝置。相比其他電力電子裝置，電力系統要求更高的電壓、更大的功率容量和更高的可靠性，碳化硅器件突破了硅基功率半導體器件在大電壓、高功率和高溫度方面的限制所導致的系統局限性，并具有高頻、高可靠性、高效率、低損耗等獨特優勢，在固態變壓器、柔性交流輸電、柔性直流輸電、高壓直流輸電及配電系統等應用方面推動智能電網的發展和變革。

6、軌道交通：軌道交通對其牽引變流器、輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機等裝置

7、射頻通信：碳化硅基氮化鎵射頻器件同時具備碳化硅的高導熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優勢，能夠滿足 5G 通訊對高頻性能和高功率處理能力的要求，逐步成為 5G功率放大器尤其宏基站功率放大器的主流技術路線。