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第三代半導體爆發!較具增長潛質竟然是它?-蘇州愛特維等離子設備/等離子清洗

發布日期:2021-03-26 15:50 來源:http://www.historianr.com 點擊:

第三代半導體爆發!較具增長潛質竟然是它?-蘇州愛特維等離子設備/等離子清洗

隨著市場對半導體性能的要求不斷提高,第三代半導體等新型化合物材料憑借其性能優勢開始嶄露頭角,成為行業未來重要增長點。

相對于首代(硅基)半導體,第三代半導體禁帶寬度大,電導率高、熱導率高。第三代半導體的禁帶寬度是首代和第二代半導體禁帶寬度的近3倍,具有更強的耐高壓、高功率能力。

氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)并稱為第三代半導體材料的雙雄,由于性能不同,二者的應用領域也不相同。

氮化鎵具備高電流密度等優勢,可顯著減少電力損耗和散熱負載,迅速應用于變頻器、穩壓器、變壓器、無線充電等領域,是未來具有增長潛質的化合物半導體。

與GaAs和InP等高頻工藝相比,氮化鎵器件輸出的功率更大;與LDCMOS和SiC等功率工藝相比,氮化鎵的頻率特性更好。

隨著行業大規模商用,氮化鎵生產成本有望迅速下降,進一步刺激氮化鎵器件滲透,有望成為消費電子領域下一個殺手級應用。

氮化鎵(GaN)主要應用于生產功率器件,目前GaN器件有三分之二應用于軍工電子,如軍事通訊、電子干擾、雷達等領域。

在民用領域,氮化鎵主要被應用于通訊基站、功率器件等領域。氮化鎵基站PA的功放效率較其他材料更高,因而能節省大量電能,且其可以幾乎覆蓋無線通訊的所有頻段,功率密度大,能夠減少基站體積和質量。

氮化鎵在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。隨著5G高頻通信的商業化,GaN將在電信宏基站、真空管在雷達和航空電子應用中占有更多份額。

根據Yole估計,大多數Sub 6GHz的蜂窩網絡都將采用氮化鎵器件,因為LDMOS無法承受如此之高的頻率,而砷化鎵對于高功率應用又非理想之選。

同時,由于較高的頻率會降低每個基站的覆蓋范圍,需要安裝更多的晶體管,因此市場規模將迅速擴大。

Yole預測,GaN器件收入目前占整個市場20%左右,到2025年將占到50%以上,氮化鎵功率器件規模有望達到4.5億美元。

從產業鏈方面來看,氮化鎵分為襯底、外延片和器件環節。

盡管碳化硅被更多地作為襯底材料(相較于氮化鎵),國內仍有從事氮化鎵單晶生長的企業,主要有蘇州納維、東莞中鎵、上海鎵特和芯元基等。

從事氮化鎵外延片的國內廠商主要有三安光電、賽微電子、海陸重工、晶湛半導體、江蘇能華、英諾賽科等。

從事氮化鎵器件的廠商主要有三安光電、聞泰科技、賽微電子、聚燦光電、乾照光電等。
GaN技術的難點在于晶圓制備工藝,歐美日在此方面優勢明顯。由于將GaN晶體熔融所需氣壓極高,須采用外延技術生長GaN晶體來制備晶圓。

其中日本住友電工是全球較大GaN晶圓生產商,占據了90%以上的市場份額。GaN全球產能集中于IDM廠商,逐漸向垂直分工合作模式轉變。美國Qorvo、日本住友電工、中國蘇州能訊等均以IDM模式運營。

近年來隨著產品和市場的多樣化,開始呈現設計業與制造業分工的合作模式。

尤其在GaN電力電子器件市場,由于中國臺灣地區的臺積電公司和世界先進公司開放了代工產能,美國Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等設計企業開始涌現。

在射頻器件領域,目前LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)、GaAs(砷化鎵)、GaN(氮化鎵)三者占比相差不大,但據Yoledevelopment預測,至2025年,砷化鎵市場份額基本維持不變的情況下,氮化鎵有望替代大部分LDMOS份額,占據射頻器件市場約50%的份額。

GaAs芯片已廣泛應用于手機/WiFi等消費品電子領域,GaN PA具有較高功率、增益和效率,但成本相對較高、工藝成熟度略低,目前在近距離信號傳輸和軍工電子方面應用較多。

經過多年的發展,國內擁有昂瑞微、華為海思、紫光展銳、卓勝微、唯捷創芯等20多家射頻有源器件供應商。

根據2019年底昂瑞微董事長發表的題為《全球5G射頻前端發展趨勢和中國公司的應對之策》的報告顯示,截至報告日,國內廠家在2G/3G市場占有率高達95%;在4G方面有30%的占有率,產品以中低端為主,銷售額占比僅有10%。

目前我國半導體領域為中美科技等領域摩擦中的卡脖子方向,是中國科技崛起不可回避的環節,產業鏈高自主、高可控仍是未來的重點方向。第三代半導體相對硅基半導體偏低投入、較小差距有望得到重點支持,并具備彎道超車的可能。

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