这样看起来似乎和标题有点不符：明明第三代半导体都这么热门了，怎么还是冷知识？其实也不难理解，对于普通用户来说，只要产品好用就行，至于几代半导体应该是不在意的。而且你要真问到什么是第三代半导体？或者问不同代半导体的区别是啥？笔者估计大多数人都是懵逼状态，所以说它是冷知识也没错。那么现在我们就来聊聊这个话题，看看全行业都在吹的第三代半导体到底是神马玩意儿！
第一代半导体，让计算机业彻底繁荣
要说到半导体这个名词的出现，那的确是比较久远了。如果追根溯源的话，得说到上世纪的40年代，因为在1940年全世界第一颗电子晶体管诞生了，这也就拉开了半导体时代的大幕。最早大家用于半导体的材料是锗（Ge），如果查看一下半导体的历史，就会发现在上世纪50年代以及60年代，大家的半导体设备基本都是用锗这种材料。所以说锗应该算是半导体材料的老祖先了，这也是我们口中说的第一代半导体。
没错，说到这里，大家应该恍然大悟了：原来不同代半导体的区别就是材料！是滴，但是第一代半导体的材料并不是只有锗，因为大家用锗来打造电子晶体管的时候发现，这货发热有点夸张，还很不好控制，容易引起很多问题，设备出故障是一方面，但是热失控很容易引起重大事故，所以大家开始发展另一种半导体材料——矽，也就是我们说的硅。
知道为啥有一个叫硅谷的地方能被众人看成是科技领域的圣地？现在大家应该明白了，因为在第一代半导体蓬勃发展的时候，矽就是成为了半导体的主要材料，而因为半导体发展而繁荣起来的圣塔克拉拉谷，也就被称为矽谷或者说硅谷了，毕竟硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方。
一直到上世纪70年代，锗和矽都是半导体的主要材料。不过矽并非万能的材料，毕竟它有自己的物理极限，而且效率和耗电等方面，它已经慢慢无法满足一些科技发展的需求。而这个时候，是化学让半导体时代继续发展，化合物半导体的出现让半导体材料进入了第二代。
第二代半导体，化合物时代来临
之前说过了，当计算机业和电子业发展到一个地步的时候，矽或者说硅的问题就显现出来了，物理极限的问题我们现在都知道，厂商一直追求的能耗比其实已经说明了问题，所以大家都在寻找矽之外的材料来继续发展半导体行业。这个时候化合物半导体终于进入了历史的舞台。
要说化合物半导体，还得感谢赫赫有名的贝尔实验室（不是那个野外求生的贝尔……），在上世纪70年代发明了化合物半导体。从此以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为主的化合物半导体一跃成为半导体市场的主角。这两货的优点也很明显，拥有超高的电子迁移率，外加上它们兼备高频、低杂音、高效率及低耗电等特性，简直就是矽的最佳替代者，所以这两种材料一下成为半导体市场的主角。
整个半导体产业因而进入了以这两种材料为主的第二代半导体时代，直到现在第二代半导体材料也大量用于各种半导体器材设备中。由于这两货的功能特点，直接为以后的微波射频通信半导体发展打下了基础，所以我们现在生活的时代得感谢这两种半导体材料，因为大量的射频芯片，都是用这两种材料打造的。
当然第二代半导体材料的问世，并不代表第一代半导体就彻底被淘汰，不同半导体材料现在都可以活跃在不同的领域中。毕竟一些设备和芯片第一代半导体就能搞定，成本还低，不需要第二代半导体或者下面要说的第三代半导体。所以从现在看来，每代半导体材料的发展，并不是取代上一代半导体材料，而是让科技有更好以及更高端的发展。
第三代半导体，催化5G应用加速发展
第三代半导体其实和第二代半导体一样，都属于化合物半导体材料，而且这个材料我们还并不陌生，估计很多人都买过相应材料所制造的产品。比如说充电器，现在很多充电器用的材料都是GaN，也就是氮化镓，而这就是第三代半导体的主流材料。
第三代半导体主要是两种材料，分别是氮化镓（GaN）与碳化矽（SiC）。这两种材料的最大的特点就是宽能隙，而能隙越宽，就代表着其耐高频、高压、高温、高功率及高电流的性能也就越强，同时还具备高能源转换效率与低能耗的特性。这样的特点性能，恰好符合目前IoT设备连接、5G场景及电动车等最新应用的需求。
由于目前各国都在研发5G应用、loT智能设备以及电动车等技术和产品，所以这种宽能隙的材料自然就成为大家发展的重心。行业有一句老话叫“得碳化矽基板者得天下”，由此可见第三代半导体的研发，对于全球科技产业有多么重要。当然之前我们就说过了，三代半导体并非彼此淘汰取代的作用，而是每代半导体材料都在往更先进更高科技的应用领域发展，这不代表老的半导体材料就彻底无用。
比如说第一代半导体的矽，多用在各种处理器、内存芯片、逻辑芯片、微电子晶体管上，我们也比较常见到；第二代半导体的砷化镓则经常用在射频芯片上。至于第三代半导体的材料，主要会采用在高频率的射频元器件以及高功率的半导体元器件上，应用范围则比较广，包括5G、IoT、环保、电动车、卫星通讯及军事等领域。特别是5G和电动汽车，被视为第三代半导体的最大发展动力。
5G和高功率设备，离不开第三代半导体
现在大家应该明白了所谓的第三代半导体是什么意思，粗略地说就是用氮化镓和碳化矽这两种材料打造的半导体设备，就可以算是第三代半导体。当然这其中化合物的发展肯定不止是这两种，但这两种可以算是基础和主流。
那既然说5G、loT设备、电动车都需要第三代半导体，这里就可以举一些具体的例子。比如说5G基站，现在我国采用的Sub-6以及海外已经开始商用的毫米波，它们都需要海量的基础设施，这里就要用到大量的天线和射频元件，而以GaN为主要材料的半导体设备，就能发挥高频、高功率、大频宽、低功耗与小尺寸等优势。
去年全球GaN射频元件的市场为8.91 亿美元，而随着5G在全球的普及，这一市场在2026年将达到24亿美元。目前射频元件部分，很多还是采用的第二代半导体砷化镓以及金属氧化半导体为主材料，而GaN已经成为它们的主要竞争对手。现在GaN射频元件的主要材料是碳化矽基氮化镓GaN-on-SiC，NXP恩智浦半导体已经在去年开设了第一个6英寸的GaN-on-SiC晶圆厂；而过去的全球砷化镓代工大厂，也纷纷开始扩展GaN-on-SiC的产能，希望在未来的竞争中不落下风。
第三代半导体材料的另一个好处，就是非常适合拿来作为功率半导体元件，我们之前已经介绍过它们的特性，耐高温高压、转化率高，所以我们现在看到很多充电器都是用的GaN材料。目前GaN快充已然成为推动GaN功率元件成长的动力，很多手机厂商都已经配备GaN的快充充电器，比如说国内的OPPO就是如此。像小米以及其他外设厂商，也推出了多款GaN材料的充电器。
至于另一种SiC功率元件，目前市场比GaN还大，它和GaN特点相似，两者也经常结合起来为作为不同半导体设备的材料，比如之前介绍的射频元器件。不过SiC自己来做功率元件应用也是很广泛的，比如说作为有61%的SiC功率元件，都用于新能源汽车，另外像太阳能发电站以及各个充电站，也会用到SiC的功率元件。当然综合来看，电动车未来是推动SiC半导体发展的最大动力。
写在最后
关于第三代半导体，我们基本上就说到这里，虽然很粗浅，但是足以让大家了解到第三代半导体的意义，以及他们的特点和现在应用的范围。说实话，半导体虽然经历了三代，但是就和我们说的一样，这三代半导体是基于科技的发展而诞生，而不是说哪一代半导体是从上一代半导体的材料发展而来，所以他们没有互相淘汰的关系，虽然有竞争，但更像是处于平行状态，各自在各自领域发展。
目前第三代半导体发展最快还是中国、美国以及欧盟，特别是我国的科技企业，很早就开始涉足第三代半导体的研发，像比亚迪这样的公司，甚至已经有自己第三代半导体的晶圆厂；包括华为等公司，也在第三代半导体上积极投资。在去年我国第三代半导体的整体产值超过7100 亿人民币，在世界上的确处于领先地位。
对于我国来说，第三代半导体的发展的确相当关键，这不仅仅是因为未来的产业发展和市场有这么大的需求，同时如果在第三代半导体的研发上占据领先位置，也有利于解决我国在半导体上被海外卡脖子的窘境，真正站上半导体强国的位置！
7nm不是工艺极限，而是物理极限。要做个小于7nm的器件并不难，大不了用ebeam lith。但是Si晶体管小于7nm，隔不了几层原子，遂穿导致漏电问题就无法忽略，做出来也没法用。
芯片上集成了太多太多的晶体管，晶体管的栅极控制着电流能不能从源极流向漏极，晶体管的源极和漏极之间基于硅元素连接。随着晶体管的尺寸逐步缩小，源极和漏极之间的沟道也会随之缩短，当沟道缩短到一定程度时，量子隧穿效应就会变得更加容易。
晶体管便失去了开关的作用，逻辑电路也就不复存在了。2016年的时候，有媒体在网络上发布一篇文章称，“厂商在采用现有硅材料芯片的情况下，晶体管的栅长一旦低于7nm、晶体管中的电子就很容易产生量子隧穿效应，这会给芯片制造商带来巨大的挑战”。所以，7nm工艺很可能，而非一定是硅芯片工艺的物理极限。
现在半导体工业上肯定是优先修改结构，但是理论上60mV/decade这个极限是目前半导体无法越过的。真正的下一代半导体肯定和现在的半导体有着完全不同的工作原理，无论是TFET还是MIFET或者是别的什么原理，肯定会取代目前的半导体原理。
扩展资料
难点以及所存在的问题
半导体制冷技术的难点半导体制冷的过程中会涉及到很多的参数，任何一个参数对冷却效果都会产生影响。实验室研究中，由于难以满足规定的噪声，就需要对实验室环境进行研究。半导体制冷技术是基于粒子效应的制冷技术，具有可逆性。所以，在制冷技术的应用过程中，冷热端就会产生很大的温差，对制冷效果必然会产生。
其一，半导体材料的优质系数不能够根据需要得到进一 步的提升，这就必然会对半导体制冷技术的应用造成影响。
其二，对冷端散热系统和热端散热系统进行优化设计，依然处于理论阶段，没有在应用中更好地发挥作用，这就导致半导体制冷技术不能够根据应用需要予以提升。
其三，半导体制冷技术对于其他领域以及相关领域的应用存在局限性，所以，半导体制冷技术使用很少，对于半导体制冷技术的研究没有从应用的角度出发，就难以在技术上扩展。
其四，市场经济环境中，科学技术的发展，半导体制冷技术要获得发展，需要考虑多方面的问题。重视半导体制冷技术的应用，还要考虑各种影响因素，使得该技术更好地发挥作用。
1.美国英特尔（Intel）公司，以生产CPU芯片闻名于世！2.三星(Samsung)电子公司成立于1969年，初期主要生产家用电子产品，如
电视机和录像机等。七十年代始进入国际市场，逐渐发展成为全球五大电
子公司之一，产品也由家电扩展到计算机、通讯等诸多方面。九十年代由
于经济方面的原因，三星公司进行了大规模的战略重组。1978年，三星半
导体从三星电子公司分立出来而成为独立的实体，1983年起随着成功发展
了64K DRAM超大规模集成电路，从此在单一家电类半导体产品基础上发展
了许多新的半导体产品，逐渐成为全球领先的半导体厂商。它的半导体产
品主要有DRAM、SRAM、闪速存储器、ASIC、CPU和TFF-LCD板等等。
3.德州仪器(TI)公司总部位于美国德克萨斯州达拉斯城，是一家全球性的
半导体公司，是世界领先的数字信号处理和模拟技术的设计商、供应商，
是推动电子数字化进程的引擎。主要IC产品有：数字信号处理器、模拟和
混合信号器件、数字逻辑、ASIC、微控制器、语音和图形处理器、可编程
逻辑、军用器件等。
4.东芝(Toshiba)在国际市场上盛名远扬，家喻户晓。在日本之外，东芝拥
有100多家子公司和协作公司的庞大全球网络，仅海外子公司便拥有40,000
多名雇员，他们遍及全球各地，从事着从科研到采购、生产、销售以及市
场调研等工作。分布在世界各地的39个厂家构成东芝的生产网络，制造品
种繁多的产品，包括最先进的半导体元件、显象管、彩色电视机、移动式
计算个人电脑、光?磁存储、消耗品及工业用发电机和变电装置。这些技术
和设备均处世界领先地位的东芝生产厂家,强有力地保障着公司技术和整体
能力的发展，推动着电子工业的进步；同时也提供了更多的就业机会，进
一步促进了当地经济的蓬勃发展。
5.台积电(TSMC)成立于1987年，是全球最大的专业集成电路制造服务公司
。身为专业集成电路制造服务业的创始者与领导者，TSMC在提供先进晶圆
制程技术与最佳的制造效率上已建立声誉。自创立开始，TSMC即持续提供
客户最先进的技术；2006年的总产能超过七百万片约当八吋晶圆，全年营
收约占专业集成电路制造服务领域的百分之五十。
6.意法半导体会(ST)是全球性的独立半导体制造商。公司设计、生产、销
售一系列半导体IC和分立器件，用于远程通讯系统、计算机系统、消费电
子产品、汽车和工业自动化控制系统。ST是全球MPEG-2解码IC、数字机顶
盒IC、Smartcard MCU、特殊汽车IC和EEPROM非易失存储器最大供应商，也
是第二大模拟/混合信号ASSP和ASIC、磁盘驱动IC及EEPROM存储器供应商。
公司的产品采用一系列专有制作工艺和设计方法设计生产，可提供3000多
种主要型号产品。
ST公司是1987年由法国Thomson Semiconductors和意大利SGS
Microelectronics合并而成。自从成立以来，ST公司不断扩大生产能力，
目前公司拥有雇员约34,000人，共有9个研发机构，35个设计和应用中心，
17个生产据点，并在24个国家建立了62个销售部门。公司总部一部分在法
国St Genis,另一部分在瑞士日内瓦，在美国、新加坡、日本设立了地区总
部。ST公司十分重视技术发展，1999年投入26.6%销售收入用于产品研发，
共完成了751项新专利应用。公司设计销售几乎每种型号半导体器件，从简
单的晶体管到世界上最复杂的IC产品，覆盖了所有主要的半导体器件。其
中包括：专用IC、微处理器、半定制IC、存储器、标准IC、分立元件等。
7.瑞萨科技(Renesas)在2003 年4 月1 日正式成立，以领先的科技实现人
类的梦想。结合了日立与三菱电机在半导体领域上的丰富经验和专业知识
，配合全球二万七千名员工的无限创意，我们将无处不在，超乎你的想像
。科技的价值在于让一切变得可能，身为一家具有领导性和值得信赖的智
能晶片解决方案供应商，我们对于拓展明日无处不在的网络世界，担当重
要的角色。我们的创造力具前瞻性，为人类创造出更舒适美好的生活。
瑞萨精密的AFE ，运用10/12/14-bit 高信号解析度，可达到极佳讯号/噪
音比率，并融合影像处理器的原创IP 技术，以提供高品质的数位摄影。同
时，瑞萨亦是DVD 录影科技先驱，晶片设计整合不同要求，产品包括了
MPEG LSIs 、AFE 类比、DVD DSPs 、ODD 信号处理器及嵌入式的MCU 。瑞
萨同时更掌握LCD 液晶体电视的新科技，除了生产LCD-TV 的核心系统，也
有各重要部份：影像数据晶片、LCD 时间控制器、LCD 驱动器、M16C 及
H8S 微控制器、驱动器解决方案、订制平台、ASSPs...等。
8.海力士(Hynix)1983年开始运作，目前已经发展成为世界级电子公司，拥
有员工约22,000人，1999年总资产达20万亿。在DRAM存储器领域，Hynix
Semiconductor产量居世界前列。目前，公司经改组之后，核心业务主要集
中于三个部分：半导体、通信和LCD。
9.索尼(Sony)半导体分部是索尼电子公司1995年3月在美国加州圣约瑟市建
立的一个分部，该分部使索尼公司能够对变幻莫测、竞争激烈的美国半导
体市场迅速做出反应，为索尼电子公司发展高附加值的通讯、音频/视频、
计算机应用产品提供后备支持。
10.高通(Qualcomm）公司开发、销售一系列高性能FPGA半导体产品和软件
开发工具。公司原名Peer Research
Inc.，1988年4月由John Birkner,
Andy Chan 和 H.T. Chua创建， 1991年2月改名为QuickLogic公司，同时
发布了它的第一个FPGA产品--
pASIC1系列，并随后开发了基于PC计的开发
工具-- QuickWorks，以其容易使用和有效实用被广泛接受。1995年和1997
年又分别发布了pASIC 2和 pASIC 3两个系列的产品。1998年，QuickLogic
公司发布了一种新的器件，被称为ESP（Embedded Standard Products），
该器件基于QuickLogic公司的核心FPGA技术，结合了标准产品的优点和可
编程器件的灵活机动的特点。目前已发布三个系列的ESP产品，即QuickRAM
系列、QuickPCI系列和 QuickDSP 系列。
QuickLogic公司总部在美国加州，它的半导体产品主要由代工服务商生产
，Cypress Semiconductor主要代为生产采用0.65微米CMOS工艺的pASIC器
件，台湾的TSMC1996年起成为QuickLogic公司的代工服务商。
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）