一、第三代半导体技术概述

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，还包括氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等，其禁带宽度大于或等于2.3电子伏特（eV）。

（一）特性

1. 高击穿电场

• 这一特性使得第三代半导体材料能够承受更高的电压而不被击穿。例如在电力电子器件中，碳化硅（SiC）的绝缘击穿场强是硅（Si）的10倍，可以制作出600V - 数千V的高压功率器件。在相同耐压情况下，SiC在单位面积下的漂移层电阻可以降低到Si的1/300，这对于制造高压、大功率的半导体器件非常有利，如在新能源汽车的逆变器、充电桩等设备中，能够有效提高器件的耐压性能和安全性。

2. 高饱和电子速度

• 高饱和电子速度意味着电子在材料中的运动速度更快，从而可以实现更高的工作频率。氮化镓（GaN）具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高的电子迁移率，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，能够满足5G高功率、高通信频段的要求，有效提升通信设备的性能。

3. 高热导率

• 良好的热导率有助于将半导体器件在工作过程中产生的热量快速散发出去，从而提高器件的稳定性和可靠性。例如SiC材料及其器件结构有天生的耐高温能力，在真空条件下甚至可耐达400 - 600℃的高温。在实际应用中，为防止接触空气而产生氧化，SiC器件必须采用耐高温的封装。150℃结温是业界目前的最高标准，175℃结温等级刚刚开始展露，有标准化封装可以采用，而200℃乃至更高温的封装对封装材料和工艺要求十分严苛，而且必须根据裸片特征进行定制设计，以保证导热和散热性能要求。

4. 高电子密度和高迁移率

• 高电子密度和高迁移率有助于提高半导体器件的导电性能和响应速度。在制作晶体管等电子器件时，可以使电子在器件内快速移动，从而提高器件的开关速度和工作频率，减少信号传输延迟，对于高频、高速电子设备的制造具有重要意义。

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（二）与前两代半导体的区别

1. 第一代半导体材料

• 兴起于二十世纪五十年代，以硅（Si）、锗元素（Ge）为代表。第一代半导体材料引发了以集成电路（IC）为核心的微电子领域迅速发展。硅材料由于技术成熟度较高且具有成本优势，仍广泛应用在电子信息领域及新能源、硅光伏产业中，但它的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低，在光电子领域和高频高功率器件方面的应用受到诸多限制，主要解决数据运算、存储的问题。

2. 第二代半导体材料

• 兴起于20世纪九十年代以来，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的化合物半导体。相比于第一代半导体，砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特性，主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，广泛应用在主流的商用无线通信、光通讯以及国防军工用途上，主要解决数据传输的问题。但随着科技发展，其自身性能也无法满足新的需求。

第三代半导体材料与前两代相比，具备更宽的禁带宽度（≥2.2eV）、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、大功率及抗辐射器件，可广泛应用在高压、高频、高温以及高可靠性等领域，包括射频通信、雷达、卫星、电源管理、汽车电子、工业电力电子等，能够突破第一、二代半导体材料的发展瓶颈。

二、第三代半导体技术发展趋势

（一）技术研发进展加速

1. 材料生长技术的提升

• 在碳化硅（SiC）方面，国产6英寸SiC衬底外延已实现量产，液相法生长SiC晶体项目开始中试，这将有助于提高SiC材料的质量和产量，降低成本。对于氮化镓（GaN），12英寸Si基GaN HEMT外延技术的突破有望大幅降低器件和系统成本。随着这些材料生长技术的不断进步，第三代半导体材料的性能将不断提高，应用范围也将进一步扩大。

2. 器件制造工艺的改进

• 在SiC领域，6英寸SiC芯片工艺技术开发完成，SiC二极管实现批量应用，SiC MOSFET初步量产并开始车规级可靠性验证，SiC电驱产品也开启“上车”模式。这些成果表明在器件制造工艺上不断取得新的突破，使得第三代半导体器件在新能源汽车、工业电力电子等领域的应用更加可行和可靠。同时，在GaN领域，5G通信基站用GaN射频国产化率超过30%，Mini - LED显示产品的产业化外量子效率超过6%，显示出在不同应用领域的工艺改进成果。

（二）应用市场不断拓展

1. 传统领域的深入渗透

• 在新能源汽车领域，碳化硅（SiC）器件主要应用于功率控制单元、逆变器、车载充电器等方面，其轻量化、高效率、耐高温的特性有助于有效降低新能源汽车的成本。随着新能源汽车市场的不断增长，对SiC器件的需求也将持续增加。在5G通信领域，氮化镓（GaN）射频器件由于更能有效满足5G高功率、高通信频段的要求，其在基站中的应用将随着5G网络的建设和升级不断扩大。同时，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，未来在轨道交通建设中也将有更多的应用。

2. 新兴领域的开拓

• 在人工智能、未来智联网等新兴领域，第三代半导体材料和技术逐渐成为核心关键元器件的材料基础。例如在新一代显示技术中，Mini - LED和Micro - LED等技术的发展离不开氮化镓等第三代半导体材料。此外，在自动驾驶领域，对传感器、控制器等电子器件的高性能、高可靠性要求，也使得第三代半导体材料有了用武之地，其耐高温、抗辐射等特性可以满足自动驾驶系统在复杂环境下的稳定运行需求。

（三）成本逐渐降低

1. 规模效应降低成本

• 随着第三代半导体技术在更多领域的应用，市场需求不断增加，生产规模逐渐扩大。例如在新能源汽车、5G通信等大规模应用的领域，随着产量的提升，单位产品的生产成本将逐渐降低。这包括原材料采购成本的降低、生产设备的利用率提高以及生产工艺的优化等方面。以氮化镓（GaN）为例，随着其在快充领域的广泛应用，生产规模不断扩大，快充产品的价格也逐渐变得更加亲民。

2. 技术创新降低成本

• 前面提到的材料生长技术提升和器件制造工艺改进，不仅提高了产品性能，也有助于降低成本。例如12英寸Si基GaN HEMT外延技术的突破，通过提高生产效率和降低原材料消耗等方式来降低器件和系统成本。在SiC方面，液相法生长SiC晶体等技术的发展，如果实现大规模工业化生产，将有效降低SiC材料的成本，进而降低基于SiC的半导体器件的成本。

半导体芯片封装清洗介绍

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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