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今年啊，手机市场不是普通的冷。 但这并不意味着手机自身没有进化，相反，手机有些功用的进化可能听起来普通般，但真 用起来就觉得回不去了。 就像前两天，差评君玩了玩托尼测试用的 iQoo 10 Pro，那个 200W 的充电速度着实让人震惊，致使于这两天用回 iPhone 经常以为充电器坏了。
快充技术的进步得益于多方面，其中一个重要缘由就是用上了氮化镓充电头。 要说氮化镓充电头的魔力，自然是来源于“ 氮化镓（GaN）”。
Emm，“ 氮化镓 ”其实是眼下最火热的第三代半导体的主要代表。 那什么是第三代半导体？它凭啥这么火？ 今天差评君就好好说道说道。 其实呀，所谓的半导体是一类资料的总称，这类资料介于导体和绝缘体之间，能在一定条件下导电。
它和芯片就好比是金属和铁锅的关系， 芯片是半导体资料做的，半导体可绝不只是芯片。 但半导体资料不只仅用来做了芯片，还有其他很多用处例如作为关键器件来光伏发电、做节能的 LED 灯，以至还能够用来做“ 炒酸奶 ”。 不只如此，半导体还分一、二、三代半导体，眼下最抢手的就是第三代半导体。但大家不要误解， 这里的一二三代之间并没有一代更比一代强的关系，更多还是指不同类别的半导体。 最为大家熟知的就是第一代半导体绝对主力：硅（ Si ），大部分芯片就是在一整片纯度在 99.9999% 以上的单晶硅上刻蚀出来的。 在芯片里，硅就发挥了有条件导电的特性，被制造成一个个微型开关（ 给条件就开，不给条件就关），千千万万个相似的微型开关组合起来就能完成很多复杂的命令，最终完成手机、电脑的运转。 直到目前， 90% 以上的半导体产品仍是以硅制造。 但是随着人类科技展开，大家慢慢发现硅在一些范畴无法圆满胜任工作。
举个例子，我们手机里有种叫 PA （功率放大器）的芯片，主要作用就是将手机信号放大传输给基站，早期厂商们就是用硅作为主要制造资料。 但随着手机从 2G 转入 3G 再又展开到 4G，大家用手机在网上冲浪的速度是越来越快，对 PA 传输请求自然水涨船高。
这种状况下，硅质的 PA 芯片就呈现了一系列问题，发热严重、损耗太多效率低、耐不住高电压等等，于是第二代半导体们就走上了历史舞台。 第二代半导体目前主要以 砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为主，相比于硅，它们能够更好地胜任高压、高频、高辐射的工作环境。 随同着 3G、4G 的展开，光纤通讯带来的高频高压工作场景越来越多，于是第二代半导体乘上了时期的东风，手机、基站都腾笼换鸟把硅给换了。 而在此之前，第二代半导体曾经悄然地走进千家万户了，最常见的例子就是 LED 灯，第二代半导体能够更高效地把电转化为光，也就是 用更少的电能够发出更亮的光，所以用砷化镓做出来的 LED 灯取代白炽灯也是前些年节能减排的代表。 在第二代半导体火了之后，对它的研讨也逐步变多，运用场景也不时被开发。
还记得一举之力把手机拖入刘海屏浪潮的 iPhone X 吗？ 苹果用上刘海屏的罪魁祸首 3D 结构光技术，用到了一款 VCSEL 激光器（垂直腔面发射激光器），而制造这款 VCSEL 激光器的关键资料就是砷化镓。随着物联网、元宇宙概念的逐步展开 ，对 VCSEL 的需求不时增加还将持续增加对第二代半导体的需求。 但砷化镓们的好日子还没过多久，科技又又进步了，很多应用场景变得更高压、更高频、更高功率，之前的第二代半导体又不够用了。 于是就轮到第三代半导体闪亮退场了！ 第三代半导体学名其实叫“ 宽禁带半导体 ”，目前以氮化镓和碳化硅 （SiC）为主。 可能你会问了，这个“ 宽禁带 ”是什么意义？
我们用之前的核酸检测做例子。
假定有个核酸检测点爆满了，那它和离得最近的空核酸检测点的距离，就能够简易天文解成禁带。 假如中间距离小点，好比就三五百米，那不想排队的人就直接溜达去边上的；但假如中间距离大了，好比都有几公里了，那除非真有足够大的动力逼着过去，不然都只会忍忍排队算了。 在半导体里也是一样的，禁带越宽那让电子移动所需的能量（ 通常是电压 ）也就越高，所以，宽禁带半导体就更耐高压。 相似的，天气太热，大家更不愿意排队了，可检测点距离真实远，那大家可能忍忍也就过去了，所以宽禁带半导体还更耐高温。
同时，宽禁带半导体还有着“ 饱和电子漂移速度高 ”“ 二维电子气 ”等多种优势。 这些优势让第三代半导体在耐高压、耐高温之外，还有更快的开关速度、更低的通态电阻等特性。 最终呈现出来的就是 小型、高效、驱动力强的“ 小钢炮 ”。
就像大家最常见的氮化镓充电器，在手机厂商们内卷到拼出 200W 闪充的今天，硅就力不从心了，受不了高压、体积又大、发热又高、效率又低，能够说避开了每一个正确选项。 但用上了氮化镓，问题就迎刃而解了。
在充电方面，第三代半导体的另一位主力，碳化硅也有着亮眼表示。 不外和氮化镓充手机不一样，碳化硅充的是新能源车。
往常城市里代步的新能源车是越来越多了，对充电桩的需求也越来越多，但市区的地可是寸土寸金。 所以充电桩得尽可能保障充电速度的前提下，又要小巧不占地儿，还得足够抗水、防尘，传统的硅基器件还是老缺陷。 这时分碳化硅顶着“ 全是优点 ”的帽子走进了厂商们视野。 “ 凶神恶煞 ”的厂商们恨不得分分钟和硅划清界线。 再多说一句，建充电桩往常曾经列入国度新基建的七大范畴之一。 碳化硅的未来，我只能说 2 个字。
起飞。
不光是充电桩，碳化硅还被用在了新能源车自身。 往常新能源车企为了进一步处置里程焦虑，在电池能量密度提升曾经遇到瓶颈的状况下，纷繁选择拥抱高压快充系统——800V 高电压平台（ 简单了解成，能够完成充电 5 分钟，续航 200km ）。 但问题也随之而来，搭载 800V 高电压平台的车型，意味着中心三电系统以及空调紧缩机、DCDC（直流变压器）、OBC（车载充电机）等部件都需求在 800V 以至 1000V 的高电压下工作。 这种状况下，硅基器件耐不住高电压、损耗率、开关损耗居高不下，碳化硅简直是当下最好的选择。
好比特斯拉 Model 3，早早就将碳化硅用到了车子的主驱系统上，直接提升了 10% 的续航。 相似的例子咱也未几说了，反正往常抢手的物联网、光伏、5G 等等这些行业，在运用传统半导体时遇到的几大痛点，刚好是第三代半导体资料的优势。 那这不巧了吗？ “ 第三代半导体这么圆满，取代一二代半导体一统天下就分分钟的事了？” 想太多了。
一二三代半导体之间的关系更像是，汽车、火车和飞机， 各有优势、谁也别提取代谁。 硅的基本盘是占领了全球 99% 以上的集成电路市场，只需第三代半导体胜利“ 偷家 ”，在 CPU、GPU 范畴干掉硅，那才干算取代第一代半导体。
可目前看来第三代半导体是做不到了。 最主要的问题就是 第三代半导体太难制取。 我们都知道，硅元素在在地壳中含量极高，占比足足有 26.4% 仅次于氧（O），往常的工艺能够直接从二氧化硅矿石中提取并且高度提纯。 可氮化镓在自然界简直没有，它需求在 10000 个大气压和 2000 度的高温下人工合成，结果就是 氮化镓晶体单片动辄上万块一个。 莫桑钻就是碳化硅 ▼
碳化硅也相似，在自然界除了极少量自然莫桑石（对，就是大家瞧不上的钻石平替“ 莫桑钻 ”，固然不如钻石稀有，但用在大面积工业上也还是太朴素了）之外，主要还是要从石油焦、石英石中经过各种复杂工艺中止制造。 对比硅来说，第三代半导体的制造又费时又费钱，以至还不如第二代半导体省事。 固然性能是好用，但耐不住人家低价省事啊。 这年头，不消费降级就不错了，还希望升级呢？
而且就算真愿意花这么多代价去制取第三代半导体，它其实也并没有那么适配集成电路。 还记得前面说的，第三代半导体对比第一代半导体的优势吗？ 耐高温、耐高压、可接受高频。 但问题是常见的集成电路 （电脑、手机等其他民用智能设备）基本用不上这些优势。 不只如此，几十年展开下来，硅所具有成熟复杂的制造工艺、庞大的产业体系更是第三代半导体们所望尘莫及的。
制取艰难、成本极高、没有突出优势、产业技术不成熟……这些问题也招致了第三代半导体没法成为半导体市场的主流力气。 据研讨机构 TrendForce 预测，第三代半导体的主力氮化镓市场到 2025 年仅有 13.2 亿美圆，而碳化硅也就 33.9 亿美圆。
与高达数千亿美圆的半导体市场相比的确不够看，也难怪台积电董事长刘德音表示第三代半导体只是“ 特殊技术 ”。 产业不够大，就没有足够的动力去推进展开技术，技术进步不了没法应用到更广的行业，这样就构成了一个死循环。
不外固然刘德音嘴上这么说，台积电的身体却很诚实。
虽说目前第三代半导体还略显小众，但并不障碍这是半导体资料展开的一大方向。 不展开哪能进步，谁生下来就会跑呢？
而且，我国在传统半导体行业长期落后曾经不是一天两天。 苦苦追了这么久，不能说毫无进步，但最多也就是略有改善。 可第三代半导体就不一样了，作为一个新兴技术，中西方站在同一同跑线。 一同开跑，咱还没怕过谁。 不说一举拿下下一代国际半导体消费链的主导权，至少总能保障不被国外卡脖子吧。 究竟，华为的经验曾经够深化了。 撰文：八戒 编辑：面线 封面：焕妍 内容来源： 驭势资本：第三代半导体-氮化镓技术洞察讲演 半导体行业察看：你一定不知道的砷化镓 芯论语：第三代半导体资料的“心里话” 微型计算机：迈向全新的产业时期 三问三答第三代半导体资料 TrendForce：预估2025年动力电池对正极资料需求将突破215万吨 未来智库：第三代半导体专题讲演：蓬勃展开，大有可为 Wikipedia：Semiconductor |
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