什么是第三代半导体？

网上有关“什么是第三代半导体？”话题很是火热，小编也是针对什么是第三代半导体？寻找了一些与之相关的一些信息进行分析，如果能碰巧解决你现在面临的问题，希望能够帮助到您。

作者/朱公子

第三代半导体

我估摸着只要是炒股或者是关注二级市场的朋友们，这几天一定都没少听这词儿，如果不是大盘这几天实在是太惨了，估计炒作行情会比现在强势的多得多。

那到底这所谓的第三代半导体，到底是个什么玩意？值不值得炒？未来的逻辑在哪儿？

接下来，只要您能耐着性子好好看，我保证给它写的人人都能整明白，这可比你天天盯着大盘有意思的多了！

一、为什么称之为第三代半导体？

1、重点词

客官们就记住一个关键词—— 材料，这就是前后三代半导体之间最大的区别。

2、每一代材料的简述

①第一代半导体材料： 主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导体材料。

兴起时间： 二十世纪五十年代。

代表材料： 硅（Si）、锗（Ge）元素半导体材料。

应用领域： 集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业。

历史意义： 第一代半导体材料引发了以集成电路（IC）为核心的微电子领域迅速发展。

对于第一代半导体材料，简单理解就是：最早用的是锗，后来又从锗变成了硅，并且几乎完全取代。

原因在于： ①硅的产量相对较多，具备成本优势。②技术开发更加完善。

但是，到了40纳米以下，锗的应用又出现了，因为锗硅通道可以让电子流速更快。现在用的锗硅在特殊的通道材料里会用到，将来会涉及到碳的应用，下文会详细讲解。

②第二代半导体材料： 以砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）为代表，是4G时代的大部分通信设备的材料。

兴起时间： 20世纪九十年代以来,随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起,以砷化镓、锑化铟为代表的第二代半导体材料开始崭露头角。

代表材料： 如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半导体（又称非晶态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

应用领域： 主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。

因信息高速公路和互联网的兴起，还被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和 GPS 导航等领域。

性能升级： 以砷化镓为例，相比于第一代半导体，砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特性。

总结： 第二代是使用复合物的。也就是复合半导体材料，我们生活中常用的是砷化镓、磷化铟这一类材料，可以用在功放领域，早期它们的速度比较快。

但是因为砷含剧毒！所以现在很多地方都禁止使用，砷化镓的应用还只是局限在高速的功放功率领域。而磷化铟则可以用来做发光器件，比如说LED里面都可以用到。

③第三代半导体材料： 以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、金刚石为四大代表，是5G时代的主要材料。

起源时间： M国早在1993年就已经研制出第一支氮化镓的材料和器件。而我国最早的研究队伍——中国科学院半导体研究所，在1995年也起步了该方面的研究。

重点： 市场上从半年前炒氮化镓的充电器时，市场的反应一直不够强烈，那是因为当时第三代半导体还没有被列入国家“十四五”这个层级的战略部署上，所以单凭氮化镓这一个概念，是不足以支撑整个市场逻辑的！

发展现状： 在5G通信、新能源汽车、光伏逆变器等应用需求的明确牵引下，目前，应用领域的头部企业已开始使用第三代半导体技术，也进一步提振了行业信心和坚定对第三代半导体技术路线的投资。

性能升级： 专业名词咱们就不赘述了，通俗的说，到了第三代半导体材料这儿，更好的化合物出现了，性能优势就在于耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低。

有一点我觉得需要单独提一下：碳化硅与氮化镓相比较，碳化硅的发展更早一些，技术成熟度也更高一些；两者有一个很大的区别是热导率：在高功率应用中，碳化硅占据统治地位；氮化镓具有更高的电子迁移率，因而能够比碳化硅具有更高的开关速度，所以在高频率应用领域，氮化镓具备优势。

第三代半导体的应用

咱们重点说一说碳化硅 。碳化硅在民用领域应用非常广泛：其中电动汽车、消费电子、新能源、轨道交通等领域的直流、交流输变电、温度检测控制等。

咱先举两个典型的例子：

1.2015年，丰田汽车运用碳化硅MOSFET的凯美瑞试验车，逆变器开关损耗降低30%。

2.2016年，三菱电机在逆变器上用到了碳化硅，开发出了全世界最小马达。

而其他军用领域上，碳化硅更是广泛用于喷气发动机、坦克发动机、舰艇发动机、风洞、航天器外壳的温度、压力测试等。

为什么我说要重点说说碳化硅呢？因为半导体产业的基石正是芯片，而碳化硅，正因为它优越的物理性能，一定是将来 最被广泛使用在制作半导体芯片上的基础材料 ！

①优越的物理性能：高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率。而且，碳化硅MOSFET将与硅基IGBT长期共存，他们更适合应用在高功率和高频高速领域。

②这里穿插了一个陌生词汇：“禁带宽度”，这到底是神马东西？

这玩意如果解释起来，又得引申出如“能带”、“导带”等一系列的概念，如果不是真的喜欢，我觉得大家也没必要非去研究这些，单说在第三代半导体行业板块中，能知道这一个词，您已经跑赢90%以上的小散了。

客观们就主要记住一个知识点吧： 对于第三代半导体材料，越高的禁带宽度越有优势 。

③主要形式：“衬底”。半导体芯片又分为：集成电路和分立器件。但不论是集成电路还是分立器件，其基本结构都可划分为“衬底 -外延-器件”结构，而碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料。

④生产工艺流程：

原料合成——晶体生长——晶锭加工——晶体切割——晶片研磨——晶片抛光——晶片检测——晶片清洗

总结：晶片尺寸越大，对应晶体的生长与加工技术难度越大，而下游器件的制造效率越高、单位成本越低。目前国际碳化硅晶片厂商主要提供4英寸至6英寸碳化硅晶片，CREE、II-VI等国际龙头企业已开始投资建设8英寸碳化硅晶片生产线。

⑤应用方向：科普完知识、讲完生产制造，最终还是要看这玩意儿怎么用，俩个关键词：功率器件、射频器件。

功率器件： 最重要的下游应用就是—— 新能源汽车 ！

现有技术方案：每辆新能源汽车使用的功率器件价值约700美元到1000美元。随着新能源汽车的发展，对功率器件需求量日益增加，成为功率半导体器件新的增长点。

新能源汽车系统架构中，涉及到功率器件包括——电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载DC/DC）和非车载充电桩。碳化硅功率器件应用于电机驱动系统中的主逆变器。

另外还应用领域也包括——光伏发电、轨道交通、智能电网、风力发电、工业电源及航空航天等领域。

射频器件： 最重要的下游应用就是—— 5G基站 ！

微波射频器件，主要包括——射频开关、LNA、功率放大器、滤波器。5G基站则是射频器件的主要应用方向。

未来规模：5G时代的到来，将为射频器件带来新的增长动力！2025年全球射频器件市场将超过250亿美元。目前我国在5G建设全球领先，这也是对岸金毛现在狗急跳墙的原因。

我国未来计划建设360万台-492万台5G宏基站，而这个规模是4G宏基站的1.1-1.5倍。当前我国已经建设的5G宏基站约为40万台，未来仍有非常大的成长空间。

半导体行业的核心

我相信很多客官一定有这样的疑问： 芯片、半导体、集成电路 ，有什么区别？

1.半导体：

从材料方面说 ，教科书上是这么描述的：Semiconductor，是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的一类材料；

按功能结构区分， 半导体行业可分为：集成电路（核心）、分立器件、光电器件及传感器四大类。

2.集成电路（IC， integrated circuit）：

最经典的定义就是：将晶体管、二极管等等有源元件、电阻器、电容器等无源元件，按照一定的电路互联，“集成”在一块半导体单晶片上，从而完成特定的电路或者系统功能。

3.芯片：

半导体元件产品的统称 ，是指内含集成电路的硅片，是集成电路的载体，由晶圆分割而成。硅片是一块很小的硅，内含集成电路，它是计算机或者其他电子设备的一部分。

为什么说集成电路，是半导体行业的核心？ 那是因为集成电路的销售比重，基本保持在半导体销售额的80%。

比如，2018年全球4700亿美元的半导体销售额中，集成电路共计3900亿美元，占比达84%。

第三代半导体的未来方向

中国半导体业进入IDM模式是大势所趋，其长久可持续性我非常认可。但是讲到IDM，又有一堆非常容易混淆的概念，篇幅实在是太长了，咱们就不再拆分来讲了，你只要知道IDM最牛逼就完事了！

IDM： 直译：Integrated Design and Manufacture， 垂直整合制造 。

1.IDM企业： IDM商业模式，就是国际整合元件制造商模式。其厂商的经营范围涵盖了IC设计、IC制造、封装测试等各个环节，甚至也会延伸到下游电子终端。典型厂商：Intel、三星、TI（德州仪器）、东芝、ST（意法半导体）等。

2.IDM模式优势：

（1）IDM模式的企业，内部有资源整合优势，从IC设计到IC制造所需的时间较短。

（2）IDM企业利润比较高。根据“微笑曲线”原理，最前端的产品设计、开发与最末端的品牌、营销具有最高的利润率，中间的制造、封装测试环节利润率较低。

（3）IDM企业具有技术优势。大多数的IDM企业都有自己的IP（知识产权），技术开发能力比较强，具有技术领先优势。

3.IDM重要性

IDM的重要性是不需要用逻辑去判断的，全球集成电路市场的60%由IDM企业所掌握。比如三星电子、恩智浦、英飞凌、NXP等。

4.中国为什么要发展IDM模式？

IDM模式的优势： 产业链内部直接整合、具备规模效应、有效缩短新产品上市时间、并将利润点留在企业内部。

市场的自然选择： 此外，中国已成为全球最大的集成电路消费市场，并具有丰富的劳动力资源，对于发展自有品牌的IDM具有市场优势和成本优势。

现在，无论是被M国的封锁倒逼出来，还是我们自主的选择，我们都必须开拓出一条中国IDM发展之路！

现状： 目前国内现有的所谓IDM，其制造工艺水平和设计能力相当低，比较集中在功率半导体，产品应用面较窄，规模做不大。我知道，这些事实说出来挺让人沮丧的，但这就是事实。

但正因为我们目前处在相对落后的阶段，才更加需要埋头苦干、咬牙追赶，然后一举拿下！

本来写这篇文章的时候不想说股的，但还是提几只吧，也算是给咱们国家的半导体事业做一点点微小的贡献。

射频类相关优质标的：卓胜微、中天科技、和而泰、麦捷科技；

IDM相关优质标的：中环股份、上海贝岭、长电科技 。

看看这个了解了解~

SPCC、SECC、SGCC 的差异性（下）

冷轧薄钢板的机械性能和工艺性能

4.5 冷轧板的时效性

4.5.1 时效：SPCC、SPCD板和08F板，平整后可保存8天；SPCE和08A1平整后可保存6个月内不出现冲压滑移线，即凸起线。

4.5.2 时效性机理：在退火或有时效的低碳钢拉伸曲线上具有明显的屈服平台。这在冲压成形时，会出现损害外观的作为滑移线。当变形超过屈服平台以后，滑移线消失，而板面变得稍微有点粗糙。所以，供冲压用的低碳钢板，在经过冷轧和退火以后，要进行调质轧制，使其变形量超过屈服平台，以防止冲压时发生滑移线。

4.5.3 时效性的消除：含溶解氮的沸腾钢板，从调质轧制以后，到冲压加工以前，若经过一段时间，会发生所谓应变时效现象，再次出现屈服平台，同样会发生滑移线。

对冲压加工厂或冲压车间来说，以光轧平整或在辊子参差配置的板材矫正机上，将板料向两个方向轻微地反复弯曲，使板料得到不大的冷变形（3%），便可以消除上述现象。但其效果是暂时的，甚至只经过几天，机械性能就有显著变化。因此，板料光轧工序应直接在冲压以前进行。

铝镇静钢，如08A1为非实效钢，经过适当的调质轧制，其拉伸曲线是平滑的，不允许有屈服平台，允许有不显著的折弯，它的机械性能几乎不会因时效而改变，因而也不会在冲压时产生滑移线。

5 镀锌薄钢板的锌层特性

5.1 镀锌层厚度（理论平均厚度）（见表10）

5.2 热镀锌层锌花

高纯度的锌层（电镀锌层）是不能形成锌花的。产生锌花的原理，就是设法及早生成大量结晶核，降低锌液的凝固温度（纯锌的凝固温度为419℃），以延长锌花晶体的生长时间，便于锌花长大。例如加入锡（<0.5%），198℃凝固；加入镉，264℃凝固；加入铅，317℃凝固；加入锑（<0.3%），409℃凝固；或者用蒸汽流或SO2气流喷吹镀锌层表面，可及早生成结晶核，形成大的锌花。

其实，锌花只是具有观赏价值，无实际使用价格。相反，在防腐蚀方面并不好，表面涂装后显得凸凹水平。现在人们要求尽量减少锌花或消除锌花。为了获得小锌花，镀锌时，当锌液临近凝固温度时，立即以直径为0.1mm以下的水滴喷射到镀锌板表面上，使其形成细小而均匀的结晶核，为了得到光整锌花，再用小于1% 的压下量来进行平整轧制。小锌花适用于涂装，光整锌花适用于深冲压。

5.3 镀锌层对钢板的粘附性

受热钢板经过熔融锌液时，固体铁深解，铁锌结合生成铁-锌合金层，合金层外沉积纯锌层，合金层内膜联结钢板基体。铁-锌合金层厚度不均匀，较疏松，易脆，延展性差，容易开裂。钢板表面在镀锌前就已残留着一定数量的铁基盐时，生成的铁-锌合金，其粘附性很差，延展性差，容易剥落。当纯锌层中含有有害杂质，如氧化锌、锌渣、镉及铅时，形成大锌花，或破坏锌层的连续性，容易发生纯锌层的小开裂。当镀锌层过厚，其弯曲性也变差。当镀锌液中加入铝，锌层首先生成 Fe2Al5或Fe2Al3，减落了铁-锌合金层，可提高锌层的粘附性。

5.4 镀锌层防锈

锌（Zn），比重：7.14g/cm3，熔点419℃，电位-0.76V。钢在空气和水中容易生锈，而锌在大气中的腐蚀率仅为钢在大气中腐蚀率的1 /15，镀锌钢板就是用微密的镀锌层保护钢板，免受腐蚀。锌在干燥空气中不易发生变化，而在潮湿的空气中，表面能生成一层很微密的碱式碳酸锌薄膜，它能保护内部锌不再受到腐蚀。镀锌层与钢板组成铁-锌微电池。即使镀锌层局部遭破坏，而露出不太大的钢基体时，钢基体成为阴极而受到保护。

热镀锌板的镀锌层较厚，无孔隙，又有铁-锌合金层，故更耐腐蚀。电镀锌板的镀锌层比电镀锌层更耐腐蚀。

5.4.2 白锈的生成和预防

镀锌层表面若粘附一层凝结水，与氧气、二氧化碳、碳化氢、二氧化硫、烟灰、尘土以及其它的化学气体作用后，变成了一种具有腐蚀性的水溶液而附着于镀锌层表面，形成一种电解液。这种电解液与化学稳定性较差的锌层发生了电化学腐蚀，从而产生粉末状的腐蚀产物——白锈[Zn(OH)2-56%、 ZnCO3-40%、H2O-4%]。

锌层在室内腐蚀的主要原因是：

①室内空气湿度高；②成品未干燥而人库；

③锌层表面上冷凝有一层水膜，当空气中水分含量达到60%时或在85~95%范围内，以及PH<6，其腐蚀反应较为剧烈。当水温度高达70℃左右时，其对锌层腐蚀速度最快。预防白锈的方法有：①锌板堆放时，表面不能有凝结水；②仓库中应保持空气流通，空气相对湿度不应在60%或85~95%的范围内；③锌板堆放不应有有害气体及过多的灰尘；④将镀锌层表面进行涂油、钝化处理。

5.5 镀锌板的机械性能

5.5.1 镀锌板性能表（见表11）

5.5.2 镀锌板的冲击性能

热镀锌板，由于是在热镀锌流水作业线上生产，是通过连续退火、连续热浸锌液，钢板是在短时间加热和冷却，故其冲压性能比冷轧原板差。由于镀锌层存在铁-锌合金，稍为降低抗拉强度。

电镀锌板，由于在电镀工序中，不受加热、冷却等温度影响，故大致具有冷轧原板相同的冲压加工性能。其镀锌层中，没有生成脆弱的铁-锌合金层，镀锌层的延展性能良好，但由于其表面我孔隙、强度低，易刮伤，易受到干油漆等污染。

电镀锌板在冲压拉伸过程中，容易被刮去锌层，工件表面形成锌渣粒。它在随后的喷粉加热过程中，在220~250℃左右，便升华生成微细气泡颗粒，影响涂层的外观质量。所以，喷涂前，必须把浮表的锌渣打磨消除干净。为了减轻和避免刮锌现象，可以改善冲模拉伸间隙，过渡圆弧半径，可给予适当的工艺润滑，也可选用铬酸盐钝化的镀锌层。这里特别提出的是，需要深拉伸的工件不宜选用热镀锌板。

6 镀锌层表面处理的特性

6.1 镀锌层涂油

涂油旨在钢板防锈。油品要在常温干爽的库存条件下一年内不变质；在涂装前处理的碱性涂油剂中可以容易清除掉。对于一些成品工件需要粘贴的部位是不允许有油存在的，而在工件上局部除油，在经济上、安全上和保存上都是不合理的，故一般选用无油板制作。不过无油镀锌板极其制作，要求其存放条件要苛刻些。即通风，无有害气体和灰尘，相对湿度不大于70%。

油品，一般常用矿物油型防锈油（溶剂型），存放时，板材自重蜜叠，不易挥发。制成冲压件后，自然浑发干净。

6.2 铬酸年轻钝化

①改善镀锌层表面结构成分及光泽；②提高镀锌层的耐腐蚀性及使用寿命。③防止运输与储存中产生“白锈”；

④为涂刷其它涂层作优良衬底。

钝化——在一定条件下，当金属的电位，位于外加阳极电流或局部阳极电流而移向正方向时，原先溶解的活泼金属表面的状态发生某种突变（氧化物膜或附膜形式）。由于这种突变，阳极溶解过程所服从的规律性也发生了质的变化，而金属的溶解速度则随之急剧下降。金属表面状态的这种突变过程，称之为钝化。

6.2.2 铬酸盐钝化剂共有三氧化铬（CrO3）、铬酸钠（Na2Cr4·10H2O）、铬酸钾（K2CrC4）重铬酸钠（Na2Cr2O7·2H2O）、重铬酸钾（K2CrC7）等五种铬酸盐钝化剂。

6.2.3 铬酸盐钝化膜

其主要成分是铬酸锌（ZnCrO4）和铬酸铬（CrO3·Cr2O3·nH2O）。钝化膜中以3价铬最多，其次是水，再其次是6价铬，以铬酸铬的胶体物质形式存在于镀锌层表面。铬酸锌附着于被膜中。它能溶于水，是有害成分，应漂洗干净。

由于钝化膜中的大量3价铬化物难溶于水，隔绝了空气中的氧气和水分的渗入，封闭了镀锌层的孔隙（尤其是电镀锌层）。少量的6价铬分布于膜内，可对被擦掉的钝化膜起到修复作用，使轻度撕破的被膜重新完整起来。

钝化膜厚度约0.5~1μm，性质稳定，组织细密，呈透明的金属颜色。被膜导电性稍差，不利于碰焊作业。钝化膜在70℃以上温度烘干时，其耐腐蚀性很差。厚的钝化膜呈橙**。薄的钝化膜呈彩虹色。膜从厚到薄的颜色变化是：红褐色-玫瑰红色-金**-橄榄绿色-绿色-紫红色-浅**-青白色.钝化膜存放一段时间后，色泽变暗。变成深褐色或棕黑色。

6.2.4 钝化膜自检方法

颜色呈亮**为正常标准；其机械强度，以手指用力擦试，擦不掉为合格。

6.3 磷化

电镀锌板镀锌层磷化的目的在于短斯防锈，便于下一步涂装作业。磷化板的保存期比钝化板短得多。用锌系（或铁系）钝化剂处理的钝化膜厚度约为 0.5~0.2μm，用指甲轻划可见划痕。被膜成分主要是Zn2(PO4)2·4H2O或Zn2Fe(PO4)2·4H2O磷酸锌和磷酸铁。磷化膜在 160℃的烘干温度下，结晶水析出，被膜破坏。灰鳞化膜呈亚灰色，仅用于马上进行工件涂装的电镀锌板。

6.4 无指纹处理

电镀锌板的无指纹处理的目的在于使电镀锌板制作的电器操作面板等，不受手印污染，且导电性好，耐锈蚀性好。

无指纹处理剂是采用聚硅酸锂被膜。此被膜在冲压拉伸过程中，亦会被刮损，损坏处在220℃的固化炉中会出现小气泡、小颗粒，影响到喷涂层的外观质量。此被膜在涂装前处理过程中，基本上不会成磷化膜，不利于喷粉的附着。

6.5 复合表面处理

单纯镀锌板及时经过铬酸盐钝化、磷化的镀锌板，均可再加涂防锈油，以增强防锈效果。

7 钢板表面质量等级及表面缺陷对工件外观质量的影响

7.1 优质碳素钢冷轧薄钢板表面质量

板面基本要求：板面不得有气泡、裂纹、结疤、黑膜、拉裂、折痕和夹杂等，不得有分层和锈蚀等缺陷。

[Ⅰ组表面] ：正面不得有表面缺陷；反面允许有厚度公差1/4的轻微麻点和轻微划痕。

[Ⅱ组表面]：两面允许有厚度公差之半的轻微麻点、轻微划痕、局部蓝色氧化色；反而允许有公差厚度之半的小气泡、小拉裂及辊印。

[Ⅲ组表面]：正面允许有公差之半的轻微麻点、局部深麻点、小气泡、小拉裂、划伤、轻微划痕及辊印；反而允许有厚度公差的上述缺陷，允许有蓝色氧化色。

对于冲压件和喷涂件来说，应该按Ⅰ、Ⅱ组表面要求来验收进货。同时附加条件为：不允许有针孔和裂纹。表面为无光泽的加工毛面。