半導體材料（semiconductor material）是一類具有半導體性能（導電能力介于導體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍內(nèi)）、可用來制作半導體器件和集成電路的電子材料。

相對于半導體設(shè)備市場，半導體材料市場長期處于配角的位置，其中半導體材料市場的60％都是芯片制造材料，以硅晶圓和光掩膜為主，此外還有濕化學試劑、濺射靶等。但隨著芯片出貨量增長，材料市場將保持持續(xù)增長。

一開始，日本是世界最大的半導體材料市場，隨后中國臺灣、韓國等地區(qū)也逐漸開始崛起，材料市場的崛起體現(xiàn)了器件制造業(yè)在這些地區(qū)的發(fā)展。晶圓制造材料市場和封裝材料市場雙雙獲得增長，未來增長將趨于緩和，但增長勢頭仍將保持。

第三代半導體材料崛起

如今，半導體材料已經(jīng)發(fā)展到第三代，逐代來看：第一代半導體材料以硅和鍺等元素半導體材料為代表。其典型應用是集成電路，主要應用于低壓、低頻、低功率晶體管和探測器中，在未來一段時間，硅半導體材料的主導地位仍將存在。但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻電子器件上的應用，如其間接帶隙的特點決定了它不能獲得高的電光轉(zhuǎn)換效率。且其帶隙寬度較窄（1．12 eV）飽和電子遷移率較低（1450 cm2／V·s），不利于研制高頻和高功率電子器件。

第二代半導體材料以砷化鎵和磷化銦（InP）為代表。砷化鎵材料的電子遷移率是硅的6倍，具有直接帶隙，故其器件相對硅器件具有高頻、高速的光電性能，公認為是很合適的通信用半導體材料。同時，其在軍事電子系統(tǒng)中的應用日益廣泛且不可替代。然而，其禁帶寬度范圍僅涵蓋了1．35 eV（InP）～2．45 eV（AlP），只能覆蓋波長506～918 nm的紅光和更長波長的光，而無法滿足中短波長光電器件的需要。由于第二代半導體材料的禁帶寬度不夠大，擊穿電場較低，極大的限制了其在高溫、高頻和高功率器件領(lǐng)域的應用。另外由于GaAs材料的毒性可能引起環(huán)境污染問題，對人類健康存在潛在的威脅。

第三代半導體材料是指Ⅲ族氮化物（如氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）等）、碳化硅、氧化物半導體（如氧化鋅（ZnO）、氧化鎵（Ga2O3）、鈣鈦礦（CaTiO3）等）和金剛石等寬禁帶半導體材料。與前兩代半導體材料相比，第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優(yōu)越性質(zhì)，因此采用第三代半導體材料制備的半導體器件不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運行，而且在高電壓、高頻率狀態(tài)下更為可靠，此外還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力。

對比于第一代硅（Si）、鍺（Ge）半導體，第二代、第三代半導體的主要優(yōu)勢在于：

1）禁帶寬度較大，所制造的器件可耐受較大功率，且工作溫度更高；

2）電子遷移率高，適合高頻、高速器件；

3）光電轉(zhuǎn)換效率高，適合制作光電器件。

5G時代，氮化鎵（GaN）成為發(fā)展重點

第三代半導體材料正在成為搶占下一代信息技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)及國防安全技術(shù)的戰(zhàn)略制高點，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。

隨著當前5G技術(shù)的成熟，GaN材料開始展現(xiàn)出無與倫比的發(fā)展?jié)摿?。它是一種寬能隙材料，能夠提供與碳化硅（SiC）相似的性能優(yōu)勢，但降低成本的可能性卻更大。業(yè)界認為，在未來數(shù)年間，GaN功率器件的成本可望壓低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等價格。

GaN性能特點：

1、高性能，主要包括高輸出功率、高功率密度、高工作帶寬、高效率、體積小、重量輕等。目前第一代和第二代半導體材料在輸出功率方面已經(jīng)達到了極限，而GaN半導體由于在熱穩(wěn)定性能方面的優(yōu)勢，很容易就實現(xiàn)高工作脈寬和高工作比，將天線單元級的發(fā)射功率提高10倍；

2、高可靠性，功率器件的壽命與其溫度密切相關(guān)，溫結(jié)越高，壽命越低。GaN材料具有高溫結(jié)和高熱傳導率等特性，極大地提高了器件在不同溫度下的適應性和可靠性。GaN器件可以用在650°C以上的軍用裝備中；

3、低成本，GaN半導體的應用，能夠有效改善發(fā)射天線的設(shè)計，減少發(fā)射組件的數(shù)目和放大器的級數(shù)等，有效降低成本。目前GaN已經(jīng)開始取代GaAs作為新型雷達和干擾機的T／R（收／發(fā)）模塊電子器件材料。美軍下一代的AMDR（固態(tài)有源相控陣雷達）便采用了GaN半導體。氮化鎵禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強和良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)越性質(zhì)，使得它成為迄今理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系，并可以成為制備寬波譜、高功率、高效率的微電子、電力電子、光電子等器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。

采用氮化鎵材料制備的電力電子器件具有更高的工作電壓、更高的開關(guān)頻率、更低的導通電阻等優(yōu)勢，并可與成本極低、技術(shù)成熟度極高的硅基半導體集成電路工藝相兼容，在新一代高效率、小尺寸的電力轉(zhuǎn)換與管理系統(tǒng)、電動機車、工業(yè)電機等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)龍頭企業(yè)一覽

GaN 代工：三安光電；

電源驅(qū)動芯片：圣邦股份、富滿電子；

協(xié)議芯片：瑞芯微、全志科技；

平面變壓器、共模電感：順絡(luò)電子

Type C 連接器：立訊精密、長盈精密、電連技術(shù)；

充電器代工：領(lǐng)益智造；

射頻芯片設(shè)計：卓勝微；

毫米波 T／R 芯片模組：和而泰；

功率半導體：斯達半導、揚杰科技、捷捷微電、士蘭微、臺基股份、華微電子、蘇州固锝；

半導體設(shè)備：北方華創(chuàng)；

12 寸大硅片：中環(huán)股份；

硅片衍生設(shè)備：晶盛機電。