一、什么是第三代半导体？

第三代半导体是支撑智能、绿色、可持续发展的关键，在射频、电源、光电子领域广泛运用，主要材料具备高光效、高功率、高电压、高频率和高工作温度等特性。

第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）元素半导体。

第二代半导体材料是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP），以及三元化合物半导体材料，如铝砷化镓（GaAsAl）、磷砷化镓（GaAsP）等。还有一些固溶体半导体材料，如锗硅（Ge-Si）、砷化镓-磷化镓（GaAs-GaP）等；玻璃半导体（又称非晶态半导体）材料，如非晶硅、玻璃态氧化物 半导体等；有机半导体材料，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

第三代半导体材料主要是以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带（禁带宽度 Eg>2.3eV）的半导体材料。

与第一代和第二代半导体材料相比，第三 代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射能力，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。

二、第三代半导体的行业应用

1，支撑国家能源战略，实现国际引领

碳化硅是目前已知的可达到万伏千安等级（特高压柔性直流输电必需）的唯一的功率半导体材料，可实现电力电子装置的小型化和模块化（体积减小40%，能量损耗减少50%），大幅提高能源互联网的可靠性、可控性，推动传统电网向半导体电网发展。

2，支撑高速列车、新能源汽车等核心动力系统的升级换代

- 高铁动力系统用核心功率半导体采用全碳化硅模块取代现有硅基IGBT模块是发展趋势，系统体积减小20％，重量降低20％，系统损耗降低20％。

- 功率半导体芯片是电控系统的“心脏”，占新能源整车半导体用量的80%以上。国际上碳化硅成为替代硅的主流功率芯片。体积重量减少80%，器件能耗减少90%，电能转换效率提高20%。

3，支撑高频、高速、宽带通信系统核心器件的自主可控

- 氮化镓是目前能同时实现高频、高效、大功率（5G通信要求频率覆盖到40GHz以上，输出功率几瓦到几百瓦）的唯一材料，成为5G通信基站射频的主流技术，目前基本依赖进口。

- 氮化镓射频器件是雷达发射单元的核心，相比硅和砷化镓具有高频、大功率的特点，可大幅度提升装备战技指标，解决重大装备“看不远、辨不清”的问题。

4，支撑光电子产业转型升级和高质量发展

- 唯一覆盖红外到紫外波长范围的半导体材料体系，光谱可调、高效小型化、数字可控，应用于照明、显示、探测、医疗、农业、通信等领域，支撑全光谱光源的颠覆性创新应用。

- Micro-LED是新一代显示发展的重要方向，满足可穿戴小尺寸面板（低能耗）、超大屏幕显示（高画质、超大尺寸）、VR/AR 微投影显示（高分辨率）等应用需求。

5，支撑航天深空装备的自主发展

- 第三代半导体最高工作温度可达250℃，抗辐照能力为硅器件的10倍，大幅提高航天深空装备系统可靠性、降低电源系统体积重量。

- 紫外焦平面在星载导弹预警、机载导弹逼近告警系统等方面有迫切需求，具有成像分辨率更高、背景噪音低、能分析目标特性等优势。

三、第三代半导体的前景与挑战

机遇：未来2-3年是国际市场全面启动的关键期，国际半导体产业和装备巨头还未形成专利、标准和规模的垄断，是我们发展的战略机遇期。

- 全球最大、最复杂、发展最快的能源互联网，特高压、新能源并网。

- 全球最高运营速度、最长运营里程、最佳效益高速轨道交通。

- 全球增长最快和最大的新能源汽车市场。

- 全球最大规模的5G移动通信市场。

- 全球产能最大、市场最大的半导体照明及超越照明。

- 全球用户最多、规模最大的工业电机及消费电子市场。

挑战：当前，我国正在大力推动半导体产业，特别是第三代半导体产业的发展，而且我国在第三代半导体领域与欧美日发达国家基本处于同一起步线，中国也是全球第三代半导体最大的市场。中国在第三代半导体确实有很好的机遇和后发优势，同时也面临不少挑战。

- 材料和器件总体与国际水平落后3-5年，且目前差距并没有缩小。

- 产业后进入者追赶难度大：半导体产业研发投入周期长，技术更新快，全球竞争激烈，先行者有成本和供应链优势，持续盈利支撑技术的不断进步。

- 进入应用供应链难度大：半导体在应用系统中成本占比低，但性能和可靠性要求高，国产材料和器件进入应用供应链难度大、周期长，没有机会通过应用验证进行迭代研发，产业化能力提升慢。

- 国际发展环境的变化给装备、技术和人才合作带来了不确定性。