「股票公司」最近热炒的“氮化镓”到底是什么?

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摘要

  第三代半导体材料以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石为代表,是5G时代的主要材料,其中氮化镓和碳化硅的市场和发展空间最大。 受到外围市场和国际环境的影响,A股近期走势非常弱,但有一个新概念受到了市场的

「股票公司」最近热炒的“氮化镓”到底是什么?

以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石为代表的第三代半导体材料是5G时代的主要材料,其中氮化镓和碳化硅的市场和发展空间最大。

受外部市场和国际环境的影响,A股近期的走势非常疲软,但一个新概念被市场加热,那就是氮化镓。投机往往是盲目的。很多人其实不知道是什么材质。先来了解一下氮化镓(GaN)。

从化学命名可以看出,这种半导体材料是由氮和镓离子组成的。在物理特性上,其带隙宽度大于2.2eV,也称宽带隙半导体材料,是国内常说的第三代半导体材料之一。事实上,关注的市场不仅仅是氮化镓,而是第三代半导体材料。

据媒体报道,中国正计划将大力支持第三代半导体产业发展写入“十四五”计划,计划在教育、科研、开发、融资、应用等方面全力支持第三代半导体的发展。在2021年至2025年的五年内,实现行业独立,不再受制于他人。

一个

什么是第三代半导体材料?

第三代是指半导体材料的迭代变化,从第一代、第二代到第三代。第一代半导体材料主要是指以Si、Ge元素为主的半导体,是半导体分立器件、集成电路、太阳能电池的基础材料。但是经过长期的发展,硅基芯片已经接近材料的极限,硅基器件性能提升的潜力越来越小。

第二代半导体材料主要是指砷化镓、锑化铟等化合物半导体材料,其中以砷化镓(GaAs)为代表,比硅具有一些更好的电子特性,可用于高于250GHz的场合,砷化镓比同样的硅基器件更适合大功率场合,可用于卫星通信、雷达系统等场所。

第三代半导体材料以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、金刚石等宽带隙材料为代表。其实三代半导体材料的主要区别就是带隙。现代物理学中描述材料导电性的主流理论是能带理论,认为晶体中电子的能级可以分为导带和价带,当价带中充满电子且导带中没有电子时,晶体就不导电。

当晶体被外界能量(如高电压)激发时,电子被激发到导带,晶体导电。此时,晶体破裂,器件失效。带隙宽度代表器件的高压电阻。与前两代相比,第三代半导体的带隙是第一代和第二代半导体的近三倍,具有更强的高电压和高功率电阻,更适合制造高温、高频、抗辐射和大功率器件。

以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)和金刚石为代表的第三代半导体材料是5G时代的主要材料,其中氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)的市场和发展空间最大。根据Omdia的《2020年SiC和GaN功率半导体报告》,到2020年底,SiC和GaN功率半导体的全球销售收入预计为8.54亿美元。到2029年,未来十年的年均两位数增长率将超过50亿美元。

在军事领域,GaN可用于雷达、电子对抗、导弹和无线通信,碳化硅(SiC)主要用于喷气发动机、坦克发动机和舰船发动机;在民用商业领域,GaN用于基站、卫星通信、有线电视、手机充电器等小型家用电器。而SiC主要用于电动车、消费电子、新能源、轨道交通等。

事实上,氮化镓(GaN)技术并不是一种新的半导体技术。自1990年以来,它经常被用于发光二极管,但价格昂贵。在制造工艺上,氮化镓没有液态,所以单晶硅生产工艺的传统直拉法不能提拉单晶,需要纯气体反应合成,而氮气性质非常稳定,镓是非常稀有的金属(镓是伴生矿,不形成浓缩镓矿,主要从铝土矿中提取,成本比较高)。而且镓与铝土矿反应时间长且慢,反应产生的副产物多。氮化镓的生产对设备要求严格,工艺复杂,产能极低,多种因素叠加导致氮化镓单晶材料昂贵。

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产业链的现状和格局

半导体芯片结构分为衬底、外延结构和器件结构。衬底通常起支撑作用,外延是器件所需的特定薄膜。器件结构是通过光刻和刻蚀加工出一定电路图形的拓扑结构。目前,第三代半导体的主流器件是碳化硅基-碳化硅外延功率器件和碳化硅基-氮化镓外延射频器件。

值得关注注意的一点是,目前大多数主流氮化镓器件公司使用碳化硅衬底,因为基于碳化硅衬底的氮化镓器件比基于硅衬底的氮化镓器件性能更好,成品率更高,更能体现氮化镓材料的优势。

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