在高性能和低能耗半导体器件驱动下，半导体材料经历四次更迭。半导 体材料是制造半导体器件和集成电路的电子材料，是电子信息技术发展 的基础。伴随下游应用日趋复杂化和精细化，高性能及低损耗的半导体 器件需求成为半导体研究的重要方向，驱动半导体材料经历四次更迭：1）第一代元素半导体材料：硅（Si）、锗（Ge）。20 世纪 50 年代兴起， 取代了笨重的电子管，奠定了以集成电路为核心的微电子工业的基础， 广泛用于信息处理和自动控制等领域。2）第二代化合物半导体材料：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）。20 世纪 90 年代兴起，突破硅在高频高压及光电子领域的局限，开拓了移动通信 和以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网产业，多用于发光电子器 件以及通信基础设备。3）第三代宽禁带半导体材料：碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等。近 10 年逐渐兴起，具备大带隙、大载流子漂移速率、大热导率和大击穿电场 四大特性，全面突破材料在高频、高压、高温等复杂条件下的应用极限， 适配 5G 通信、新能源汽车、智能物联网等新兴产业，对节能减排、产 业转型升级、催生新的经济增长点将发挥重要作用。4）第四代超禁带半导体材料：氧化镓（Ga2O3）、氮化铝（AlN）、金刚 石以及锑化镓（GaSb）、锑化铟（InSb）等。近 5-10 年被提出，在第三 代半导体基础上实现进一步提效降本，以人工智能与量子计算为驱动力， 目前处于科研与产业化起步阶段。
高功率+高频率+高温+高电压，第三代半导体（SiC 和 GaN）物理性能 优异。第三代半导体作为宽禁带材料，具有四大特性：大带隙、大载流 子漂移速率、大热导率和大击穿电场，做成的器件对应有四高性能：高 功率、高频率、高温和高电压，制造的装备系统对应有四小优点：小能 耗、小体积、小体重和小成本（暂未实现）。在半导体照明、新一代移动 通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费电子等领域有广 阔的应用前景。
继承 SiC 材料优点，SiC 器件兼具高性能和低损耗。SiC 器件基于 SiC 材料，在效能提升和损耗控制上相比硅基器件均有优势，具体体现在：1）更高的耐压性和耐高温性。SiC 材料击穿电场强度是 Si 的 10 余倍， 能承受更大的工作区间和功率范围。SiC 热导率约为 Si 的 3 倍，更高的 热导率可以带来功率密度的显著提升，同时散热性能更好，散热系统的 设计更简单，或者直接采用自然冷却。2）更高的工作频率。SiC 材料饱和电子漂移速率为 Si 的 2.5 倍，导通电 阻更低，导通损耗低；SiC 器件（SBD 和 MOSFET）能够克服 IGBT 器 件在关断过程的电流拖尾现象，降低开关损耗和系统损耗，大幅提高实 际应用的开关频率。3）更低的能耗和更小的尺寸。SiC 材料击穿电场强，可以更高的杂质浓 度和更薄的漂移层，制作导通电阻非常低的耐高压大功率器件。根据 Rohm 测算，理论上相同规格 SiC-MOSFET 导通电阻可降为硅基 MOSFET 的 1/200，尺寸降低为 1/10；使用 SiC-MOSFET 的逆变器的系 统能耗，小于使用同规格 Si-IGBT 逆变器能耗的 1/4。
IGBT 应用非常广泛，SiC-IGBT 限于研发进度尚未实现产业化。IGBT 是 BJT(双极型三极管）和 MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合式半 导体，通过电压驱动控制通断（与 MOSFET 原理类似），IGBT 拥有高输 入阻抗和低导通压降特点，缺点在于高频开关时损耗增大。IGBT 应用范 围一般在耐压 600V 以上，电流 10A 以上频率 1KHz 以上，是电机驱动 核心，广泛应用于逆变器、变频器等，在 UPS、开关电源、电车、交流电机等领域对 GTO、GTR 等形成替代。SiC-IGBT 作为双极器件，在阻 断电压增大时，导通电阻增加很小，非常适合高压大功率领域，现阶段 由于研发起步晚，SiC-IGBT 尚未实现产业化。
