半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用,如二极管就是采用半导体制作的器件。

　　不管从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。大部分的电子科技类产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都与半导体有着极为密切的关联。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种，那人们常说的第几代半导体是啥意思？现在的第一代、第二代、第三代和第四代半导体又是指的哪些呢？

　　第一代半导体是指使用硒、锗等材料制造的半导体材料。它们具有较小的电阻率和较低的导电性，因此不适用于高功率电路。第一代半导体的主要应用是在无线电和放大器方面。

　　第二代半导体是指使用硅等半导体材料制造的半导体。硅具有更高的电阻率和导电性，能够适用于更高功率的电路。第二代半导体也更稳定和可靠，因此被大范围的应用于电子设备和计算机。

　　第三代半导体是指使用化合物半导体材料制造的半导体。这些材料通常由三种或更多元素组成，如氮化镓、碳化硅等。第三代半导体具有更高的电子流动速度和更低的电阻，因此能用于更高速度和更高功率的电路，如高功率电子和光电器件等。

　　第四代半导体是指使用新型半导体材料制造的半导体，如石墨烯、氧化镓、硼氮化物等。这些材料具有更好的电导率和更高的电子流动速度，能够适用于更高效的电子器件和更高速度的计算机处理器。

　　第三代半导体是以碳化硅SiC、氮化镓GaN为主的宽禁带半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。

　　第四代半导体材料是一类新型的半导体材料，其特点是能够在宽波段、高功率和高温等极端环境下保持高效的电子性能。目前，主要的第四代半导体材料包括：

　　氧化镓（Ga2O3）：是一种宽能隙半导体材料，具有高功率、高温度、高频率和高电压等优异的电学性能，因此被认为是一种有潜力的第四代半导体材料之一。与其他第四代半导体材料相比，氧化镓具有更大的带隙（4.5-4.9 eV），更高的电子迁移率和较低的缺陷密度，因此在高功率和高电压应用方面具有很大的优势。目前，氧化镓已经在功率电子器件、紫外光电器件和光电子器件等领域得到了广泛的研究和应用。

　　碳化硅（SiC）：碳化硅是一种广泛用于高功率电子器件的半导体材料，它的高熔点、高电子迁移率和高能隙等特点使其非常适合在高温、高电场和高电压环境下使用。

　　氮化镓（GaN）：氮化镓是一种具有宽带隙和高电子迁移率的半导体材料，被广泛应用于高频功率器件、LED等领域。

　　氮化铝镓（AlGaN）：氮化铝镓是氮化镓和氮化铝的合金，具有比氮化镓更宽的能带隙，被广泛用于紫外光电器件和深紫外光发射器件等领域。

　　氮化铟镓（InGaN）：氮化铟镓是氮化铟和氮化镓的合金，具有宽的能带隙和高电子迁移率，被广泛应用于LED和激光器等领域。

　　氮化铝镓铟（AlGaN/InGaN）：氮化铝镓铟是氮化铝、氮化镓和氮化铟的合金，具有宽的能带隙和高的电子迁移率，被广泛用于深紫外光电器件、高亮度LED等领域。

　　石墨烯本身不是半导体材料，而是一种具有独特电子特性的二维材料，它的导电性非常好，是一种优秀的导体。然而，可以通过一些方法来调控石墨烯的电子性质，例如通过在石墨烯上引入杂质或者对其进行化学修饰，从而使其变成半导体材料。因此，可以使用石墨烯作为制作第四代半导体材料的原材料之一，但是需要经过适当的处理和改造才能达到半导体的要求。

　　第一代半导体材料，发明并实用于20世纪50年代，以硅（Si）、锗（Ge）为代表，特别是硅，构成了一切逻辑器件的基础。我们的CPU、GPU的算力，都离不开硅的功劳。

　　第二代半导体材料，发明并实用于20世纪80年代，主要是指化合物半导体材料，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表。其中砷化镓在射频功放器件中扮演重要角色，磷化铟在光通信器件中应用广泛……

　　而第三代半导体，发明并实用于本世纪初年，涌现出了碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）等具有宽禁带（Eg＞2.3eV）特性的新兴半导体材料，因此也被成为宽禁带半导体材料。

　　第一代半导体材料，属于间接带隙，窄带隙； 第二代半导体材料，直接带隙，窄带隙； 第三代半导体材料，宽禁带，全组分直接带隙。

　　和传统半导体材料相比，更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关 频率下运行。

　　第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，也是制作高性能微波、毫米波器件的优良材料，广泛应用在微波通信、光通信、卫星通信、光电器件、激光 器和卫星导航等领域。

　　第 三代半导体材料广泛用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件，应用于半导体照明、5G通信、卫星通信、光通信、电力电子、航空航天等领域。第三代半导体材料已被认为是当今电子产业发展的新动力。

　　以第三代半导体的典型代表碳化硅（SiC）为例，碳化硅具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点，使得其器件适用于高频高温的应用场景，相较于硅器件，碳化硅器件可以显著降低开关损耗。因此，碳化硅可以制造高耐压、大功率的电力电子器件如MOSFET、IGBT、SBD等，用于智能电网、新能源汽车等行业。与硅元器件相比，氮化镓具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高的电子迁移率的特点，是超高频器件的极佳选择，适用于5G通信、微波射频等领域的应用。

　　第三代半导体材料具备抗高温、高功率、高压、高频以及高辐射等特性，相比第一代硅基半导体可以降低50%以上的能量损失，同时使装备体积减小75%以上。

　　第三代半导体属于后摩尔定律概念，制程和设备要求相对不高，难点在于第三代半导体材料的制备，同时在设计上要有优势。

　　由于制造设备、制造工艺以及成本的劣势，多年来第三代半导体材料只是在小范围内应用，无法挑战硅基半导体的统治地位。

　　目前碳化硅衬底技术相对简单，国内已实现4英寸量产，6英寸的研发也已经完成。氮化镓（GaN）制备技术仍有待提升，国内企业目前可以小批量生产2英寸衬底，具备了4英寸衬底生产能力，并开发出6英寸样品。

　　在5G和新能源汽车等新市场需求的驱动下，第三代半导体材料有望迎来加速发展。硅基半导体的性能已无法完全满足5G和新能源汽车的需求，碳化硅和氮化镓等第三代半导体的优势被放大。

　　另外，制备技术的进步使得碳化硅和氮化镓器件成本不断下降，碳化硅和氮化镓的性价比优势将充分显现。初步判断，第三代半导体未来的核心增长点将集中在碳化硅和氮化镓各自占优势的领域。

　　常被用于功率器件，适用于600V下的高压场景，广泛应用于新能源汽车、充电桩、轨道交通、光伏、风电等电力电子领域。新能源汽车以及轨道交通两个领域复合增速较快，有望成为碳化硅市场快速增长的主要驱动力。

　　计到2023年，碳化硅功率器件的市场规模将超过15亿美元，年复合增长率为 31%。

　　在新能源汽车领域，碳化硅器件主要可以应用于功率控制单元、逆变器、车载充电器等方面。碳化硅功率器件轻量化、高效率、耐高温的特性有助于有效降低新能源汽车的成本。

　　2018年特斯拉Model 3采用了意法半导体生产的碳化硅逆变器，是第一家在主逆变器中集成全碳化硅功率模块的车企。

　　以Model 3搭载的碳化硅功率器件为例，其轻量化的特性节省了电动汽车内部空间，高效率的特性有效降低了电动汽车电池成本，耐高温的特性降低了对冷却系统的要求，节约了冷却成本。

　　此外，近期新上市的比亚迪汉EV也搭载了比亚迪自主研发并制造的高性能SiC-MOSFET 控制模块。

　　在轨道交通领域，碳化硅器件主要应用于轨交牵引变流器，能大幅提升牵引变流装置的效率，符合轨道交通绿色化、小型化、轻量化的发展趋势。

　　电子设计自动化是指利用计算机辅助设计（CAD）软件，来完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计等流程的设计方式。近年来，随着国家和市场对国产EDA行业的重视程度不断增加，上下游协同显著增强，国内EDA企业在产业政策、产业环境、投资支持、行业需求、人才回流等各方面利好影响下逐渐兴起。2020年中国EDA市场规模约93.1亿元，同比增长27.7%，占全球市场份额的9.4%。预计2022年将达115.6亿元，2023年将达123亿元。

　　目前全球EDA市场处于新思科技、铿腾电子、西门子EDA三家厂商垄断的格局，行业高度集中。2020年国际EDA前五企业全球市场占有率超过85%。其中铿腾电子占比最大，达32%、其次分别为新思科技、西门子EDA、ANSYS、是德科技，占比分别为29.1%、16.6%、4.8%、3.3%。

　　半导体材料和设备是半导体产业链的基石，是推动集成电路技术创新的引擎。在国家鼓励半导体材料国产化的政策导向下，本土半导体材料厂商不断提升半导体产品技术水平和研发能力，逐渐打破了国外半导体厂商的垄断格局，推进中国半导体材料国产化进程。

　　数据显示，2017-2020年，中国半导体材料市场规模逐年增长，从2017年的76亿美元增长至2020年的94亿美元。随着我国半导体材料行业的快速发展，预计2022年中国半导体材料市场规模将达107亿美元，2023年将达112亿美元。

　　在半导体材料市场构成方面，硅片占比最大，占比为32.9%。其次为气体，占比为14.1%，光掩膜排名第三，占比为12.6%。此外，抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、溅射靶材的占比分别为7.2%、6.9%、6.1%、4%和3%。整体来看，各细分半导体材料市场普遍较小。

　　中国半导体设备的市场规模增速明显，从2017年的554.18亿元增长至2019年的905.70亿元。2020年，中国半导体设备市场亦保持快速增长趋势，销售额为1260.62亿元，同比增长达39.2%，成为全球第一大半导体设备市场；2021年，中国半导体设备市场连续增长，销售额为1993.35亿元，同比增长达58.1%，连续两年成为全球第一大半导体设备市场。2022年中国半导体预计将继续增长，规模达到2745.15亿元，2023年将达3136亿元。

　　从细分产品来看，光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为半导体设备主要核心设备，分别占比24%、20%、20%。其次为测试设备和封装设备，分别占比9%、6%。

　　中国设备产业未来10年，第一步将迎接中国半导体产业对设备投资需求成倍地增长，同时目标将国产化率从平均5%~10%，提升到70%~80%以上甚至更高；第二步中国设备技术能力与国际厂商同台竞技之后，实现打开国门走向世界。

　　只有在设备上拥有核心技术升级与迭代能力，才能真正实现半导体制造上实现超越，国产化率是当务之急，也势不可当。

　　近年来，凭借巨大的市场需求、丰厚的人口红利、稳定的经济增长及有利的产业政策环境等众多优势条件，中国半导体产业实现了快速发展，根据中国半导体行业协会统计，中国半导体产业销售额由2017年的7885亿元增长至2021年的12423亿元，年均复合增长率达12%，预计2022年中国半导体行业市场规模将达13839亿元，2023年将达15009亿元。

　　随着以人工智能、5G通信、大数据等为代表的智能化时代到来，传感器作为重要的元件，得以快速发展。2020年中国传感器市场规模2510亿元，同比增长14.7%。随着社会的不断进步，传感器这一产业在互联网力量的赋能之下日益受到重视，日后再叠加相关扶持政策的出台，传感器行业市场可期。预计在政策利好及下游应用领域不断拓展下，我国传感器行业前景可期，2022年中国传感器市场规模将进一步增至3150亿元，2023年将达3297亿元。

　　随着通信技术升级，全球分工与制造中心不断向中国转移，以及国家政策的大力扶持，行业整体技术创新能力将得到进一步增强，产业结构将不断调整，有助于中国光电子器件制造行业的健康、持续发展。近年来，中国光电子器件产量整体波动较大。2017-2018年我国光电子器件产量稳步增加，2019-2020年产量下降，降幅超10%。2022年1-10月全国光电子器件产量为9019.2亿只，同比下降11.3%。

　　集成电路是信息技术产业的核心和基石，也是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。目前，我国已经成为全球最大的集成电路市场之一，集成电路产量稳步提升。2021年我国集成电路产量达3594.3亿块，同比增长33.3%；2022年1-10月，我国集成电路产量达2674.9亿块，同比下降12.3%。

　　目前，我国已经成为全球重要的半导体分立器件制造基地和全球最大的半导体分立器件市场，根据中国半导体行业协会数据，2020年我国半导体分立器件市场规模已达到2763.4亿元。就国内市场而言，二极管、三极管、晶闸管等分立器件产品大部分已实现国产化，而MOSFET、IGBT等分立器件产品由于其技术及工艺的先进性，还较大程度上依赖进口，未来进口替代空间较大，预计2022年我国半导体分立器件市场规模将达3180.3亿元，2023年将达3233亿元。

　　近年来，中国半导体行业投资数量保持增长趋势，投资金额整体波动较大。2021年投资数量达近五年最高值，830件，投资金额接近2017年。2022年1-11月，中国半导体行业投资数量达707件，投资金额达1178.04亿元。

　　近十年，半导体行业在政策鼓励支持下高速发展，2013年至今，相关企业年度注册量增速均保持在19%以上。2022年上半年，我国新增半导体相关企业8万家，同比增加19.9%。

　　作为我国经济战略举措的关键组成部分，消费电子行业在我国总体工业中的重要性日益提高，加之我国居民消费水平不断提升，消费电子产品市场需求持续增长，促进了我国消费电子行业健康快速发展。随着我国疫情形势好转以及市场需求的恢复，2021年我国消费电子规模进一步上升至2739亿美元，同比增长4.72%，市场规模将进一步提升。我国消费电子行业体量庞大，随着技术进步、产业创新，行业仍有一定的增长空间。预计至2027年，我国消费电子行业将上升至2760亿美元。

　　随着汽车的智能化、电动化趋势的影响，汽车电子广泛应用于汽车各种领域中。受益于汽车电子市场的快速成长，汽车电子类应用逐渐成为全球被动元件大厂的支柱性收入。近年来，中国汽车电子市场规模一直保持稳定增长，2020年其市场规模达1029亿美元，同比增长7.3%；2021年中国汽车电子市场规模达1104亿美元。预计2022年中国汽车电子市场规模将进一步增长至1181亿美元，2023年将达1237亿元。

　　物联网是数字化转型时代热门的技术之一，是智能家居、自动驾驶汽车、智能电表和智能城市背后的核心技术。随着我国政府利好政策及先进技术的不断引进，数据显示，我国物联网市场规模由2017年11860亿元增至2021年29232亿元，年均复合增长率为25.3%，预计2023年我国物联网市场规模将达39310亿元。

　　中国目前有多家公司在开发和生产第四代半导体材料和器件，以下是一些代表性的公司：

　　中微半导体：中微半导体是中国第一家商业化生产碳化硅（SiC）半导体器件的公司，也是中国第四代半导体的代表企业之一。

　　力芯微电子：力芯微电子是一家专注于氮化镓（GaN）半导体器件的公司，产品应用于电力电子、无线通信、雷达等领域。

　　光峰科技：光峰科技是一家致力于石墨烯相关技术研究和产业化的企业，产品包括石墨烯薄膜、石墨烯散热材料、石墨烯复合材料等。

　　紫光国芯：紫光国芯是中国领先的半导体芯片设计和制造企业，旗下产品覆盖数字电视、智能手机、网络设备、车载电子等领域。

　　华星光电：华星光电是中国最大的液晶显示屏制造商之一，旗下产品包括显示器件、光电器件、半导体器件等。

　　这些企业均在国内第四代半导体领域具有一定的技术和市场优势，为中国半导体产业的发展做出了重要贡献。

　　根据2021年半导体市场研究公司IC Insights发布的数据，世界前四大半导体公司分别是： 英特尔（Intel）三星电子（Samsung）台积电（TSMC）博通（Broadcom）这四家公司在半导体市场上都具有非常强大的技术实力和市场地位。其中英特尔主要是CPU、服务器等领域的龙头企业；三星电子则是闪存、DRAM等存储器件领域的领军企业；台积电则是全球最大的晶圆代工企业之一；博通则是无线通信芯片、网络通信芯片等领域的重要供应商。需要注意的是，半导体市场的变化非常快速，上述排名可能随着市场变化而有所不同。

　　第四代半导体是新一代半导体材料和器件，相比前三代半导体具有更高的电导率和更高的电子流动速度，能够适用于更高效的电子器件和更高速度的计算机处理器。因此，第四代半导体在未来的发展前景非常广阔，可能会在以下几个方面产生重大影响： 高速通信技术：第四代半导体的高速度和高效率特性可以带来更快的数据传输速度和更稳定的网络连接，对于5G通信、物联网、云计算等领域的发展具有重要意义。智能制造和自动驾驶：第四代半导体的高速度和高效率特性可以使机器人、自动化生产线和自动驾驶汽车等智能制造和交通系统更加可靠和高效。绿色能源和环保技术：第四代半导体的高功率和高效率特性可以用于太阳能、风能等绿色能源的转换和存储，也可以用于环境监测、智能城市等领域的发展。医疗保健和生命科学：第四代半导体的高灵敏度和高分辨率特性可以用于医疗影像、生命科学研究和生物传感器等领域，为医疗保健和生命科学带来新的可能性。总的来说，第四代半导体的发展前途非常广阔，可能会在各个领域带来重大影响和改变。

　　财联社3月14日电，日前，西安邮电大学新型半导体器件与材料重点实验室的陈海峰教授团队成功在8英寸硅片上制备出了高质量的氧化镓外延片，这一成果标志着该校在超宽禁带半导体研究上取得重要进展。(证券时报)

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