随着以空间技术和计算机为导向的第三次科技革命（1950年）的开始，半导体研究开始了。半导体产业作为一个高度密集的知识技术、资本和科研产业，由上游（半导体材料）、中游（光电子、分离器件、传感器、集成电路）和下游（终端电子产品）组成。

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第一代半导体材料：硅、锗。金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、双极晶体管绝缘栅（IGBT）已广泛应用于各种电子设备和集成电路中。

第二代半导体材料:砷化镓、磷化镓等化合物。禁带宽度大于第一代半导体材料，但击穿电压不够高，高温高功率应用效果不理想。砷化镓源材料有毒，制备风险高，环境不友好。

第三代半导体材料，如氮化镓、碳化硅、氮化铝等。具有带宽大、导热性高、击穿电场高、饱和电子速度高、电子密度高、频率高、耐高压、耐高温、功率高、抗辐射能力强、化学性能稳定、体积小、绿色节能等优点。适用于制造高温、高频、抗辐射、大功率电子设备。目前，微波射频，5G第三代半导体的重要应用领域是基站、新能源汽车、快速充电等。

自2010年以来，全球对第三代半导体材料的研究一直在蓬勃发展。中国已成为仅次于美国的第二大科研生产国，专注于氮化镓和碳化硅的研究，以及成型设备的性能优化和应用创新。自2016年以来，美国、英国、日本等国家在第三代半导体材料的研发和工业化上投入了大量资金，开发了氮化镓功率元件等项目。全球氮化镓器件的市场规模预计将从2016年的165亿美元增加到2023年的224.7亿美元。

1 第三代半导体材料的应用

电能转换：电能转换需要电力电子设备，其核心是电力电子芯片，以实现更有效的能源利用。轨道交通、新能源汽车、光伏发电并网、空调、冰箱、手机充电器、计算机电源等都需要半导体设备来控制、管理和转换电能。与氮化镓相比，碳化硅研究时间更长，技术更成熟。目前，特斯拉有三种车型使用碳化硅设备，碳化硅晶片使电动汽车的耐久性提高了约10%。特斯拉在2018年首次首发Model 3，采用SiC MOSFET逆变器。

航空领域：第三代半导体电力电子设备可有效降低电源和配电子系统的重量和体积，降低航天器的发射成本，增加装载容量，提高航天器电子设备的设计容量。

发光照明：可用于发光二极管（LED）、手机屏幕、电视屏幕、大型显示屏、电灯、路灯、等。LED它是第三代半导体材料发展最快的应用领域。

移动通信：华为和ZTE每年需要购买数亿只用于中基站的射频功率放大器件，目前基本依赖进口。GaN射频功放管器件，实现核心器件的定位。

2 中国第三代半导体发展现状

目前，我国可实现2-4英寸SiC量产衬底；6寸SiC单晶样品已开发完毕，但衬底质量不高；2-4英寸SiC外延片可实现量产，但依赖进口SiC衬底。已实现2寸GaAltera代理N衬底、4英寸SiC衬底上GaN少量生产高电子迁移率晶体管片的少量生产。与发达国家相比，中国在第三代半导体领域的研发和技术成型起步较晚。研究机构的研发资源分散、重复，产业转型机制不及时、不完善，主要原因是高成本氮化镓生产阻碍了资本。

①继续加强高校与科研机构的合作。碳化硅热学、机械性能稳定、结晶生长困难等关键突破，缺乏大型单晶成熟的制备方法。氮化镓的物理特性（量子陷阱结构的发光机制、热压和压电效应等）的解释不成熟，限制了设备的研发。

②明确具体研究方向，建立技术优势。例如，深化制备关键材料和设备密封测试技术领域的研究，杜绝ZTE巨婴，实现中国绿色核心技术的智能制造。

③加大投资力度，确保产业链设计运行完整(寻找材料-芯片-包装-设备-系统)，逐步实现从科研产出到产业化的转变。

近日，香港科技大学发布了氮化镓基互补逻辑集成电路和氮化镓高压多沟设备技术。氮化镓互补逻辑电路不仅拥有芯片制造的主流-硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）该技术的优点也显示出在兆赫兹频率下工作、热稳定性好等优点。我国科研产出一直处于世界前列，实现核心技术量产瓶颈有待突破。相信电力电子、新能源、电动汽车、5G 在通信技术、高速轨道列车、能源互联网、智能工业、国防军事安全等领域，更前沿的应用指日可待！

参考文献：

氮化镓(GaN)研究进展[J].2020年47日(18日)谢欣荣

[2]投资掀起热潮！ 第三代半导体在哪里神圣？[J].2017(21)黄芳芳:42-46

[3]从文献计量的角度下半导体材料SiC和GaN研究态势[J].2020年50(03)，杨月衡，396-402