化合物半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，其核心地位將愈發(fā)凸顯

化合物半導(dǎo)體多指晶態(tài)無(wú)機(jī)化合物半導(dǎo)體，即是指由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)。它主要是包括砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化硅、氧化鋅等。

化合物半導(dǎo)體應(yīng)用前景廣闊，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大

化合物半導(dǎo)體是由兩種及以上元素構(gòu)成的半導(dǎo)體材料，目前最常用的材料有GaAs、GaN以及SiC等，作為第二代和第三代半導(dǎo)體的主要代表，這種化合物半導(dǎo)體的技術(shù)特點(diǎn)是比硅材料，化合物半導(dǎo)體性能更加優(yōu)異，制作出的器件相對(duì)于硅器件具有更優(yōu)異的光電性能、高速、高頻、大功率、耐高溫和高輻射等特征。我國(guó)的光伏、風(fēng)能、4G/5G移動(dòng)通信、高速鐵路、電動(dòng)汽車(chē)、智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)/云計(jì)算中心、半導(dǎo)體照明等產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，這些都是化合物半導(dǎo)體大顯身手的應(yīng)用領(lǐng)域。

多年以來(lái)，世界各國(guó)始終對(duì)化合物半導(dǎo)體保持高度重視，出臺(tái)相關(guān)政策支持本國(guó)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2017年美國(guó)、德國(guó)、歐盟、日本等國(guó)家和組織啟動(dòng)了至少12項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃，總計(jì)投入研究經(jīng)費(fèi)達(dá)到6億美元。借助各國(guó)政府的大力支持，自從1965年第一支GaAs晶體管誕生以來(lái)，化合物半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)取得了快速的進(jìn)步，為化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，隨著ALD(原子層淀積)技術(shù)的逐漸成熟，化合物半導(dǎo)體HMET結(jié)構(gòu)以及MOSFET結(jié)構(gòu)的器件質(zhì)量以及可靠性得到了極大的提升，進(jìn)一步提高了化合物半導(dǎo)體材料在高頻高壓應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率。未來(lái)隨著化合物半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)一步提升，在邏輯應(yīng)用方面取代傳統(tǒng)硅材料，從而等效延續(xù)摩爾定律成為了化合物半導(dǎo)體更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。

作為化合物半導(dǎo)體最主要的應(yīng)用市場(chǎng)，射頻器件市場(chǎng)經(jīng)歷了2015年到2016年的緩慢發(fā)展，時(shí)至今日，隨著5G基站更新?lián)Q代以及設(shè)備小型化的巨大需求，全球射頻功率器件市場(chǎng)在2016年到2022年間將以9.8%的復(fù)合年增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)。市場(chǎng)規(guī)模有望從2016年的15億美元增長(zhǎng)到2022年25億美元1。此外，隨著通信行業(yè)對(duì)器件性能的要求逐漸提高，GaN、GaAs等化合物半導(dǎo)體器件的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，傳統(tǒng)硅工藝器件逐漸被取代，預(yù)計(jì)到2025年，化合物半導(dǎo)體將占據(jù)射頻器件市場(chǎng)份額的80%以上。

化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈可主要分為晶圓制備、芯片設(shè)計(jì)、芯片制造以及芯片封測(cè)等環(huán)節(jié)，其中晶圓制備進(jìn)一步細(xì)分為襯底制備和外延片制備兩部分。當(dāng)前，化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)多以IDM模式為主，即單一廠商縱向覆蓋芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、到封裝測(cè)試等多個(gè)環(huán)節(jié)。然而，隨著襯底和器件制造技術(shù)的成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，以及器件設(shè)計(jì)價(jià)值的提升，器件設(shè)計(jì)與制造分工的趨勢(shì)日益明顯。

光電器件、微波射頻、電力電子是目前主要應(yīng)用領(lǐng)域

光電器件方面，主要應(yīng)用包括太陽(yáng)電池、半導(dǎo)體照明、激光器和探測(cè)器等?；?/span>GaAs的化合物半導(dǎo)體光伏電池有著比Si基光伏電池更高的效率和更好的耐溫性;紫色激光器用于制造大容量光盤(pán)制造、醫(yī)療消毒、熒光激勵(lì)光源等;藍(lán)光、綠光、紅光激光器實(shí)現(xiàn)激光電視顯示;普通非增益GaN紫外探測(cè)器涉及導(dǎo)彈預(yù)警、衛(wèi)星秘密通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)生物探測(cè)等領(lǐng)域。

在微波射頻方面，化合物半導(dǎo)體最主要的應(yīng)用場(chǎng)景是射頻功率放大器，在移動(dòng)通信、導(dǎo)航設(shè)備、雷達(dá)電子對(duì)抗以及空間通信等系統(tǒng)中是最為核心的組成部分，其性能直接決定了手機(jī)等無(wú)線(xiàn)終端的通訊質(zhì)量。在全球5G通信發(fā)展迅速的背景下，移動(dòng)通訊功率放大器的需求量將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，其中，終端側(cè)功率放大器將延續(xù)GaAs工藝，而在基站側(cè)，傳統(tǒng)的Si基LDMOS工藝將被有著更高承載功率、效率更具優(yōu)勢(shì)的GaN工藝所取代，以滿(mǎn)足基站小型化的需求。

在功率器件方面，化合物半導(dǎo)體主要應(yīng)用于高壓開(kāi)關(guān)器件，與傳統(tǒng)的Si工藝器件相比，化合物半導(dǎo)體器件具有更高的功率密度、更低的能量損耗和更好的高溫穩(wěn)定性。目前600V以上的高端功率器件解決方案均采用SiC材料，相比傳統(tǒng)Si基IGBT，能量損失可以降低50%。

化合物半導(dǎo)體因其良好的高頻高壓特性，在固態(tài)光源、微波射頻以及電力電子等方面有著不可替代的作用，未來(lái)隨著化合物半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步成熟，其核心地位將愈發(fā)凸顯，在摩爾定律即將走向終結(jié)的背景下，化合物半導(dǎo)體技術(shù)無(wú)疑為集成電路的發(fā)展開(kāi)辟出一條全新的路徑。