什么是半导体材料？半导体材料是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。通过简单的灯泡电路小实验，我们就能清楚的分辨出，将塑料、木材等待测物质放置电路中，两端加上电压后，不能让灯泡发光的物质为绝缘体，而将铁、银、铜等物质放置电路中，两端加上电压后，能让灯泡较亮发光的物质为导体，而介于导体与绝缘体中间的物质则统称为半导体。
灯泡实验
在整个半导体材料的发展历史上，人们对半导体材料的研究大致经历了三代。1990年之前，第一代半导体材料以硅材料为代表，它取代了笨重的电子管，导致了以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个信息行业的飞跃，广泛应用于信息处理和自动控制等领域。1990年之后，随着移动无线通信的快速发展，以及以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，以砷化镓、磷化铟、磷化镓等为代表的第二代半导体材料开始兴起。与第一代硅材料相比，砷化镓等第二代半导体材料具有电子迁移率高、禁带速度较宽的特性，在卫星通信、军用电子、航空航天等领域得以广泛应用。进入21世纪，随着摩尔定律的失效大限日益临近，寻找半导体硅材料的替代品任务变得异常紧迫。在碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝等多位选手轮番登场后，氮化镓和碳化硅两种材料脱颖而出，成为第三代半导体材料中的佼佼者。与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等特性，可满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，是半导体材料领域颇具前景的新材料。
以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体材料的出现，让我们的世界发生了极大的变化。那就我们一起来看看这两种半导体材料中的双雄所具有的独特性质和神奇应用吧！
在第三代半导体材料中，碳化硅材料是研究最为成熟的一种。早在1893年，诺贝尔奖获得者、法国化学家亨利莫桑在非洲发现了晶莹剔透的碳化硅单晶碎片。由于SiC是硬度仅次于金刚石的超硬材料，SiC单晶和多晶材料作为磨料和刀具材料广泛应用于机械加工行业。作为半导体材料应用，相对于Si，SiC具有10倍的电场强度，高3倍的热导率，宽3倍禁带宽度，高一倍的饱和迁移速度。因为这些特点，用碳化硅制作的器件可以用于极端的环境条件下。
碳化硅具有极佳的材料特性，可以显著降低开关损耗，因此电源开关的操作频率可以大为提高，从而使电源系统的尺寸明显缩小。在转换效率方面，相较于硅晶体管在单极操作下无法支持高电压，碳化硅即便是在高电压条件下，一样可以支持单极操作，因此其功率损失、转换效率等指针性能的表现，也显著优于硅组件。电动汽车领域是现阶段碳化硅组件最主要的应用市场，主要原因在于可实现更轻巧的电源系统设计，不管是车身上的动力总成系统，还是固定安装在路边或车库里的充电桩，导入碳化硅组件的进度都非常快。
氮化镓材料具有低Qg、Qoss与零Qrr的特性，能为高频电源设计带来效率提升、体积缩小与提升功率密度的优势，因此在服务器、通讯电源及便携设备充电器等领域受到市场相当不错的回响，应用需求也越来越多。近年来在消费性电源领域引发话题的手机快速充电、USB-PD等技术，就是氮化镓组件可以大展身手的舞台。和电动车的情况类似，快速充电也是智能型手机或便携设备用户非常欢迎的功能，而为了缩短电池充电时间，充电器必须用更高的电压或更大电流对电池充电。但行动装置的充电器本身也属可携式产品，其外观尺寸不能为了支持快速充电而增加太多，于这使得充电器制造商必须改用氮化镓组件来实现产品设计。
随着国家对第三代半导体材料的重视，近年来，我国半导体材料市场发展迅速。其中以碳化硅与氮化镓为主的材料备受关注。尽管如此，但产业难题仍待解决，如我国材料的制造工艺和质量并未达到世界顶级，材料制造设备依赖于进口严重，碳化硅与氮化镓材料和器件方面产业链尚未形成等，这些问题需逐步解决，方可让国产半导体材料屹立于世界顶尖行列。
