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我國氮化鎵行業(yè)市場應(yīng)用領(lǐng)域不斷深入 國內(nèi)投資快速增長

 嘟嘟7284 2023-03-23 發(fā)布于貴州

一、第三代半導(dǎo)體技術(shù)不斷突破,氮化鎵將領(lǐng)跑半導(dǎo)體市場

化工新材料領(lǐng)域是化工行業(yè)未來發(fā)展的一個重要方向,傳統(tǒng)化工行業(yè)隨著下游需求增速放緩,市占率向龍頭集中是大趨勢,核心競爭門檻為成本和效率;下游仍處于快速增長的新材料領(lǐng)域則不同,核心的競爭壁壘為研發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)鏈驗(yàn)證門檻、服務(wù)能力等,隨著政策支持,國內(nèi)化工新材料行業(yè)有望迎來加速成長期。氮化鎵(GaN)可同時涵蓋射頻和功率領(lǐng)域,特別是在高功率和高頻率領(lǐng)域應(yīng)用效果特別出色;可廣泛應(yīng)用于通信、計算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車電子、航空航天、國防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域;由于商業(yè)化進(jìn)展快,將領(lǐng)跑第三代半導(dǎo)體市場。

化合物半導(dǎo)體主要材料及應(yīng)用領(lǐng)域

文章圖片1

資料來源:中國氮化鎵行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與未來投資研究報告(2023-2030年)

根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國氮化鎵行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與未來投資研究報告(2023-2030年)》顯示,第三代半導(dǎo)體是指化合物半導(dǎo)體,包括SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)、ZnO(氧化鋅)、GaO(氧化鎵)、AlN(氮化鋁),以及金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料(導(dǎo)帶與禁帶間能隙差Eg>2.3eV)。第三代半導(dǎo)體具有高擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高電子遷移率、高工作溫度等優(yōu)點(diǎn)。

不同半導(dǎo)體材料性能對比

砷化嫁

碳化硅

氮化嫁

工作頻率

小于3.5GHz

2-300GHz

大于3GHz

大于3GHz

禁帶寬度(eV)

1.1

1.4

3.3

3.4

電子遷移率(cm2/Vs)

1350

8500

1000

2000

熱導(dǎo)率(W/cm.K)

1.49

0.45

4.9

2.1

擊穿場強(qiáng)(MV/cm)

0.3

0.4

2.8

3.3

工作溫度(攝氏度)

175

350

600

800

資料來源:中國氮化鎵行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與未來投資研究報告(2023-2030年)

以SiC和GaN為代表物質(zhì)制作的器件具有更大的輸出功率和更好的頻率特性。 GaN作為一種寬禁帶材料,和硅等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比,能夠在更高壓、更高頻、更高溫度的環(huán)境下運(yùn)行。

氮化鎵器件的優(yōu)勢

文章圖片2

資料來源:中國氮化鎵行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與未來投資研究報告(2023-2030年)

從結(jié)構(gòu)上看,Si是垂直型的結(jié)構(gòu),GaN是平面型的結(jié)構(gòu),這也使得GaN的帶隙遠(yuǎn)大于Si。SiC相比,GaN在成本方面表現(xiàn)出更強(qiáng)的潛力,且GaN器件是個平面器件,與現(xiàn)有的Si半導(dǎo)體工藝兼容性強(qiáng),這使其更容易與其他半導(dǎo)體器件集成。

GaN具備帶隙大( 3.4eV )、 絕緣破壞電場大( 2x 106V/cm )及飽和速度大( 2.7x 107cm/s )等Si及GaAs不具備的特點(diǎn)。由于容易實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)構(gòu),因此在LED、半導(dǎo)體激光器、高頻及高功率元器件等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。

氮化鎵器件制作流程以及應(yīng)用領(lǐng)域

襯底

外延片

器件

應(yīng)用領(lǐng)域

碳化硅

GaN-on-SiC:4英寸已量產(chǎn),異質(zhì)外延

射頻型GaNHEMT器件,GaN單片集成電路

射頻領(lǐng)域:5G基站功放PA、軍用雷達(dá)

硅片

GaN-on-Si:4-6英寸為主,異質(zhì)外延

功率型HEMT器件,650V-900V

電力電子領(lǐng)域:消費(fèi)電子快充產(chǎn)品、新能源車電機(jī)驅(qū)動、電源轉(zhuǎn)換

藍(lán)寶石

GaN-on-Sapphire:成本低,異質(zhì)外延

LED芯片,白光、黃光、Miniled

氮化鎵

GaN-on-GaN:性能好成本高,同質(zhì)外延

LED芯片,紫外及激光器

射頻領(lǐng)域:5G基站功放PA、軍用雷達(dá)

資料來源:中國氮化鎵行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與未來投資研究報告(2023-2030年)

硅基和碳化硅基的器件將率先商用:雖然基于GaN襯底的GaN器件,在各個性能指標(biāo)都處于領(lǐng)先水平,但是襯底價格過高。所以硅基和碳化硅基的GaN器件將會率先商用。

基于不同工藝類型GaN器件性能對比

GaN-on-si

GaN-on-siC

GaN-on-GaN

缺陷密度(缺陷個數(shù)/cm2)

1E+9

5E+8

1E+3 to 1E+5

晶格失配(%)

17

3.5

0

熱膨脹系數(shù)(%)

54

25

0

漏電流

集成可能性

中等

--

襯底價格(4寸,美元/片)

45

600

4000

資料來源:中國氮化鎵行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與未來投資研究報告(2023-2030年)

各種類型GaN器件性能對比

類別

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

應(yīng)用

常開型

結(jié)構(gòu)工藝制程簡單,成本低

負(fù)電壓關(guān)斷,無法用于電力電子系統(tǒng)

射頻通信,微波通信,單片集成

常關(guān)型

正閾值電壓

結(jié)構(gòu)工藝制程復(fù)雜,成本高,需要驅(qū)動

射頻通信和功率電子器件

級聯(lián)型

門級無需特別驅(qū)動,工藝制程簡單

通態(tài)電阻增大,成本較高

功率電子器件

資料來源:中國氮化鎵行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與未來投資研究報告(2023-2030年)

二、氮化鎵獲政策支持,國內(nèi)投資不斷擴(kuò)大

自20年前出現(xiàn)首批商業(yè)產(chǎn)品以來,GaN已成為射頻功率應(yīng)用中LDMOS和GaAs的重要競爭對手,其性能和可靠性不斷提高且成本不斷降低。第一批GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件幾乎同時出現(xiàn),但GaN-on-SiC技術(shù)更加成熟。目前在射頻GaN市場上占主導(dǎo)地位的GaN-on-SiC突破了4GLTE無線基礎(chǔ)設(shè)施市場,并有望在5G的Sub-6GHz實(shí)施方案的RRH(RemoteRadioHead)中進(jìn)行部署。以氮化鎵為材料的功率半導(dǎo)體器件可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、通信、計算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車電子、航空航天、國防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

第三代半導(dǎo)體材料行業(yè)是我國重點(diǎn)鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè),是支撐經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性和基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)?!笆濉睍r期以來,國家層面的政府部門發(fā)布了多項(xiàng)關(guān)于半導(dǎo)體行業(yè)、半導(dǎo)體材料行業(yè)的支持、引導(dǎo)政策,這些鼓勵政策涉及減免企業(yè)稅負(fù)、加大資金支持力度、建立產(chǎn)業(yè)研發(fā)技術(shù)體系等等。

氮化鎵相關(guān)政策

時間

發(fā)布部門

政策

要點(diǎn)

2021年1月

發(fā)改委

《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》

支持產(chǎn)業(yè):半導(dǎo)體、光電子器件、新型電子元器件(片式元器件、電力電子器件、光電子器件、敏感元器件及傳感器、新型機(jī)電元件、高頻微波印制電路板、高速通信電路板、柔性電路板、高性能覆銅板等)等電子產(chǎn)品用材

2020年11月

發(fā)改委商務(wù)部

《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》

支持引進(jìn):化合物半導(dǎo)體材料(砷化鎵、磷化鎵、磷化錮、氮化鎵),碳化硅(SiC)超細(xì)粉體(純度≥99%,平均粒徑<1um)、氮化硅(Si3N4)超細(xì)粉體(純度>99%,平均粒徑<1 um)

2020年7月

國務(wù)院

《新時期促進(jìn)集成電路和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》

國家鼓勵的集成電路設(shè)計、裝備、材料、封裝、測試企業(yè)和軟件企業(yè),自獲利年度起,第一年至第二年免征企業(yè)所得稅,第三年至第五年按照25%的法定稅率減半征收企業(yè)所得稅

2019年12月

工信部

《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》

推薦材料:氮化鎵單品襯底、功率器件用氮化鎵外延片、碳化硅外延片、碳化硅單品襯底、碳化硅陶瓷膜過濾材料、立方碳化硅微粉、氧化鋁陶瓷粉體及基板

資料來源:中國氮化鎵行業(yè)發(fā)展深度調(diào)研與未來投資研究報告(2023-2030年)

隨著新能源電動企業(yè)的快速發(fā)展,全球各大車企和半導(dǎo)體廠商都將目光瞄準(zhǔn)以碳化硅(SiC)與氮化鎵(GaN)為代表的的第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域。

近年來氮化鎵相關(guān)投資匯總

公司

投資金額

建設(shè)內(nèi)容

項(xiàng)目進(jìn)程

天和通訊

60億元

GaN-on-SiC全產(chǎn)業(yè)鏈

2020.01.02開工

吳越半導(dǎo)體

37億元

2-6寸GaN全產(chǎn)業(yè)鏈

2020.02.21簽約

北京綠能芯刨

20億元

6寸SiC生產(chǎn)線,1Ok/月

2020.02.21開工

博方嘉芯

25億元

一期:6寸GaN , 1k/月二期:GaN射頻,3k/月GaN功率,20k/月

2020.04.10開工

鄭州航空港實(shí)驗(yàn)區(qū)

SiC生產(chǎn)線

2020.06.11簽約

華通芯電

29億元

期:GaAs , 7k/月二期:GaN時頓,3k/月GaN功率,20k/月

2020.06.19簽約

長沙三安

160億元

SiC全產(chǎn)業(yè)節(jié)

2020.07.20開工

博藍(lán)特

10億元

SiC襯底,mini LED藍(lán)寶石襯底

2020.07.23開工

露笑科技

100億元

SiC產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目

2020.08.08簽署合作框架

天科合達(dá)

9.5億元

生產(chǎn)線,6寸SiC襯底120k/月

2020.08.17開工

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