LED衬底第三代半导体SiC技术的崛起

第一代半导体材料Si点燃了信息产业发展的“星星之火”，而Si材料芯片也成就了“美国硅谷”高科技产业群，促使英特尔等世界半导体巨头的诞生，95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是由Si材料制作。

目前全球40%能量作为电能被消耗，而电能转换最大耗散是半导体功率器件。曾经的“中流砥柱”Si功率器件已日趋其发展的材料极限，难以满足当今社会发展对于高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便小型化的新需求。以SiC为代表的第三代半导体材料凭借其优异属性，将成为突破口，正在迅速崛起。

SiC作为一种宽禁带半导体材料，不但击穿电场强度高、热稳定性好，还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，可以用来制造各种耐高温的高频、高效大功率器件，应用于Si器件难以胜任的场合。

以SiC为代表的第三代宽禁带半导体技术在LED半导体照明领域获得重要应用之后，不断取得新突破，将被广泛应用于光电子器件、电力电子器件等领域，以其优异的半导体性能在各个现代工业领域都将发挥重要革新作用，应用前景和市场潜力巨大。

其中，科锐(Nasdaq：CREE)SiC基MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)技术获得显著提升，能够在1700V电压下工作，开关损耗仅为采用传统Si基IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的1/6，在实现高性能的同时还能减少配套零部件的物料成本，从而在系统层面显著节约开支，可完全颠覆电源转换领域现有规则，开启更多令人振奋的设计选项。

据悉，2014年1月15日，美国政府正式宣布全力支持以SiC为代表的第三代宽禁带半导体，旨在引领针对下一代电力电子的制造业创新。计划在未来的5年里，通过使以SiC为代表的第三代宽禁带半导体技术拥有当前Si基电力电子技术的成本竞争力，实现下一代节能高效大功率电力电子芯片和器件，从而引领包括消费类电子、工业设备、通讯、清洁能源等在内的多个全球最大规模、最快增长速度的产业市场，全面提升国际竞争力并创造高薪就业机会。

2014 年11月7日，国家科技部曹健林副部长在其主题报告“开放创新融合-科技大跨界时代的产业发展”中指出：从诺贝尔物理奖的半导体技术分布来看，未来将是第三代半导体，是整个业界努力的一个方向。第三代半导体技术将在能源、节能减排、国防安全、新一代信息技术和人类生活等各个方面产生巨大的影响。第三代半导体，是解决低碳、智能、绿色发展的突破口。第三代半导体，将引领下一代技术和应用的战略变革。

以 SiC为代表的第三代宽禁带半导体，能够在更高温度和更高电压及频率的环境下正常工作，同时消耗更少的电力、具有更强的持久性和可靠性，这将为下一代拥有更小体积、更快速度、更低成本、更高效率的电力电子产品(包括个人电子设备、电动汽车、可再生能源联网、工业规模的变速驱动电机、更智能化及更灵活的电网、移动信息大数据时代服务器网络等)提供飞跃的机遇。

在 LED半导体照明领域，SiC技术同样发挥了重要影响和引领作用。SiC衬底，有效地解决了衬底材料与GaN的晶格匹配度问题，减少了缺陷和位错，更高的电光转换效率从根本上带来更多的出光和更少的散热。科锐开创性的SC5技术平台和超大功率XHPLED器件基于业界最强的SiC技术，在LED外延结构和芯片架构方面实现了诸多重要技术提升，并且开发出经过优化设计的先进光转换系统以实现最佳散热性能和光学性能，并且使得系统层面的光学、电学、热学、机械学成本大幅降低。

LED 半导体照明本身是以SiC为代表的第三代半导体技术所实现的第一个突破口!其有效地解决了衬底材料与GaN的晶格匹配度问题，减少了缺陷和位错，更高的电光转换效率从根本上带来更多的出光和更少的散热。基于此，303lm/W大功率LED实验室光效记录诞生，高密度级LED技术可实现尺寸更小、性能更高、设计更具灵活性的LED照明系统，开创性的SC5技术平台和超大功率XHPLED器件可实现LED照明系统最高40%成本降低。

随着SiC生产成本的降低，SiC半导体正在凭借其优良的性能逐步取代Si半导体，打破Si基由于材料本身性能的所遇到瓶颈。无疑，它将引发一场类似于蒸汽机一样的产业革命!

1.SiC材料应用在高铁领域，可节能20%以上，并减小电力系统体积;

2.SiC材料应用在新能源汽车领域，可降低能耗20%;

3.SiC材料应用在家电领域，可节能50%;

4.SiC材料应用在风力发电领域，可提高效率20%;

5.SiC材料应用在太阳能领域，可降低光电转换损失25%以上;

6.SiC材料应用在工业电机领域，可节能30%-50%;

7.SiC材料应用在超高压直流输送电和智能电网领域，可使电力损失降低60%，同时供电效率提高40%以上;

8.SiC材料应用在大数据领域，可帮助数据中心能耗大幅降低(当前全球300万台数据中心每小时耗电量约为3000万千瓦);

9.SiC材料应用在通信领域，可显著提高信号的传输效率和传输安全及稳定性;

10.SiC材料可使航空航天领域，可使设备的损耗减小30%-50%，工作频率高3倍，电感电容体积缩小3倍，散热器重量大幅降低。

2014 年伊始，美国总统奥巴马亲自主导成立了以SiC为代表的第三代宽禁带半导体产业联盟。这一举措的背后，是美国对以SiC半导体为代表的第三代宽禁带半导体产业的强力支持。据了解，这个产业目前已经获得美国联邦和地方政府总计1.4亿美元的合力支持。而早在2013年日本政府就将SiC纳入“首相战略”，认为未来50%的节能要通过它来实现，创造清洁能源的新时代。

正如美国总统奥巴马在该产业联盟成立大会上所提到，以SiC为代表的第三代半导体技术将可使笔记本电脑适配器的体积减少80%，也可以将一个变电站的体积缩小至一个手提箱的大小规格。或许，这正是SiC半导体的魅力之所在。

未来，由半导体SiC材料制作成的功率器件将支撑起当今节能技术的发展趋向，成为节能设备最核心的部件，因此半导体SiC功率器件也被业界誉为功率变流装置的“CPU”、绿色经济的“核芯”。