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半导体芯片行业研究 一、行业概述 半导体芯片是指在半导体片材上进行浸蚀、布线、制成的能实现某种功能的 半导体器件，通常也可称为集成电路。不只是硅芯片，常见的还包括砷化镓、氮 化镓、碳化硅等半导体材料。半导体制造的过程就是“点石成金“的过程，主要是 对硅晶圆的一系列处理，简单来说就是通过外延生长、光刻、刻蚀、掺杂和抛光， 在硅片上形成所需要的电路，将硅片变成芯片。 化合物半导体 半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基 础。随着新的半导体材料出现、电力电子技术进步与制作工艺的提高，半导体在 过去经历了三代变化。砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC ）半 导体分别作为第二代和第三代半导体的代表，与第一代半导体硅（Si ）相比，在 高频、 高温等方面性能更加优异。 半导体材料性能比较 化合物半导体因其优异的高频性能，常用来制造功率半导体，在应用中通过 变频、变压、变流、功率放大及管理的方式实现两大功能：放大和开关。目前 75% 以上的电能应用需要进行功率变换以后才能供设备使用。 放大：低频功率变为高频功率，充分利用放大作用，就可以使用小功率驱动 马达。 开关：切换电路的开与关，其开关速度越快，越能实现精密控制。 化合物半导体的作用 砷化镓主要用于微波功率器件，即工作在微波波段（频率300~300000 兆 赫之间）的半导体器件。由于Si 在物理特性上的先天限制，仅能应用在1GHz 以下的频率。然而近年来由于无线高频通讯产品迅速发展，使得具备高工作频率、 电子迁移速率、抗天然辐射及耗电量小等特性的砷化镓脱颖而出，在微波通讯领 域大规模应用。 砷化镓微波功率半导体应用领域 由于砷化镓高频传输的特性，除了在手机应用中飞速成长外，平板电脑、笔 记本电脑中搭载的WiFi 模组、固定网络无线传输，以及光纤通讯、卫星通讯、 点对点微波通讯、有线电视、汽车导航系统、汽车防撞系统等，也分别采用1~4 颗数量不等的功率放大器，这都是推动砷化镓成长的强大动力。 氮化镓材料由于禁带宽度达到3.4eV，与SIC、金刚石等半导体材料一起， 被誉为第三代半导体材料，也称为宽禁带半导体。由于氮化镓具有禁带宽度大、 击穿电场高、饱和电子速度大、热导率高、介电常数小、化学性质稳定和抗辐射 能力强等优点，成为高温、高频、大功率微波器件的首选材料之一。 氮化镓（GaN）与砷化镓（GaAs ）性能比较；氮化镓（GaN ）与硅（Si ）性能比较 由于对高速、高温和大功率半导体器件需求的不断增长，使得氮化镓材料器 件逐渐被半导体市场应用。其主要应用领域包括： 新能源领域：在可再生能源领域，在将风电和太阳能电力接入电网以及减少 输电损耗方面，都发挥了极其重要的作用；绿色能源、电动汽车、绿色电子照明 等新兴领域正在成为功率器件市场应用的新热点，需求强劲。 智能电网领域：功率半导体在提高整个电力供应链——从发电、输配电到最 后的用电—— 的能效方面发挥着至关重要的作用。 信息通讯设备领域：增强型氮化镓电晶体表现出高耐辐射性能，从而适用于 通讯和科学卫星的功率和通讯系统；点到点通信、卫星通信、各种雷达和新型工 业/医疗应用都将从这些大功率氮化镓器件的应用中获益。 4C 产业：国内各主要IT 产品仍将保持旺盛的市场需求，笔记本电脑、显示 器、打印机、电视机、组合音响、激光视盘机等传统产品以及新兴汽车电子均将 在未来保持平稳增长。随着全球空调、节能电机等电子产品产能向中国大陆转移， 功率半导体的需求也将成倍地增加。 碳化硅（SiC ）因其在高温、高压、高频等条件下的优异性能表现，成为当 前最受关注的半导体材料之一，在交流-直流转换器等电源转换装置中得到大量 应用，未来亦有望在半导体功率器件领域逐步实现对硅的全面替代，碳化硅半导 体时代即将开启。 与硅器件相比，碳化硅器件的功率损耗可减少将近50%，从而有效提升电 源转换效率。碳化硅器件由于转换效率高、发热小，所以可以有效减小冷却系统 的体积，从而实现电源转换装置整体的小型化，这对于新能源汽车等需要大量电 源转换装置的系统具有重大的意义。因此，对于需要高转换效率和高功率密度的 系统，碳化硅器件具有无可比拟的优势，是当仁不让的首选