最近大家都在討論第三代半導體，很多人認為第三代半導體性能遠超第一代半導體，完全可以跳過第一代，全力發展第三代半導體。其實，事情並沒有那麼簡單，第三代半導體並不是第一代半導體的簡單升級，也不是簡單的替代關係。下面我們來認識一下第三代半導體和它的應用，以及我國的優勢。
一、三代半導體，不能完全替代一代半導體
就像剛剛提到的，第三代半導體並不是第一代半導體的簡單升級。其實第一代半導體和第三代半導體的使用範圍是不完全一樣的。第一代半導體是我們常用的芯片裡的硅半導體，第二代半導體是以GaAs為代表的，它主要應用到通訊領域。第三代半導體的成熟隊員是GaN和SiC，未來可能還有ZnO、金剛石和AlN等。第三代半導體比前兩代半導體更適合在高溫、高電壓、高頻率下工作。為了更好理解它們之間的關係，與其叫三代半導體，不如叫三類半導體，它們各有各的優勢，不是簡單的升級換代。
第一代半導體由於製造工藝成熟、生產成本低，目前和未來相當長一段時間都依然會是最主流的半導體類型。另外，第一類半導體更適合在低壓下工作，也更容易製成複雜的邏輯芯片，所以未來電腦和手機等使用的芯片主角還是第一代半導體。第三代半導體的志向並不是替代硅來製造電腦手機的芯片，它有自己的一片天地。
二、照明是三代半導體的第一大舞臺
第三代半導體的第一大類應用是照明，這也是我國最有優勢的一個領域。人類的照明經歷了木材、油燈、蠟燭、白熾燈、熒光燈、三基色節能燈到LED燈的演化。隨著這個演化過程，我們對能量的利用率越來越高。白熾燈只能將不到百分之十的能量變成光，熒光燈在20%左右，傳統的照明燈具對電能的浪費是不可忽略的。而在相同亮度下，LED燈消耗的電能僅僅是白熾燈的八分之一甚至更低。如果現在家庭使用的電燈全部換成LED燈具的話，將給家庭和國家節約大量的電能。
目前我們使用的LED燈，就是用第三代半導體GaN製造的。通過科學家們的不懈努力，製作出了專門發紅光、綠光和藍光的LED燈，這樣的三種顏色通過混合可以得到各種顏色。我們的電視機就是用這三種顏色混合出來的彩色圖像，大街上的LED顯示屏就是利用大量三基色LED燈組裝出來的。一開始LED燈生產成本太高，無法在家用照明上使用。主要用來製作液晶電視的背光燈、電子設備的指示燈等。但隨著世界各國，尤其是中國對節能照明的重視，LED燈得到了迅速推廣。目前我們家裡面裝修，已經開始優先選擇LED燈作為主要燈具了。
LED燈不僅節能、使用壽命長、可以發出最接近自然光的光線，而且還可以變換顏色和自由調節亮度。這些特性，為我們家庭照明增添了很多樂趣，我們可以通過手機或遙控變換家裡的照明場景。不僅是家用，通過與5G物聯網等技術結合，LED燈還可以設計成城市智慧照明的主角。未來的智慧城市，不僅交通燈是物聯網控制的LED燈，路燈、城市霓虹燈等照明設施都會採用物聯網控制的LED燈。智慧城市，必然要搭配智慧照明，由智能程序控制，根據場景調節交通，根據場景調整照明等。比如可以根據自然光線的強度調整照明的亮度，也可以自動探測人員走動調節街道燈光等。此外，還有汽車的燈光、工業照明、醫學照明等，未來LED燈的使用範圍會越來越廣。
之所以說LED燈是我國最有優勢的領域。並不是說我國的技術最先進，其實美國、日本、歐洲的LED燈技術都比中國企業的技術更強一些。但是，由於傳統的LED燈主要核心技術已經過了專利保護期，國內企業可以免費使用傳統LED技術，大規模生產LED燈。而我國是世界上LED燈的最大消費市場，目前一半以上的LED燈都在中國銷售。依靠巨大的市場規模和一定的成本優勢，我國的LED燈生產企業迅速成長起來，目前已經佔據了世界上將近80%的產量。隨著市場佔有率的提高，有了足夠高的利潤，就可以有足夠多的經費投入技術演進的研發，從技術上趕超國外企業只是時間問題。外國企業，雖然有更先進的技術和專利，但是沒有價格優勢而可能被逐漸邊緣化。
除了普通LED，第三代半導體還在半導體激光領域有不錯的發揮，目前有很多半導體激光器在廣泛使用，這類半導體激光器也叫固體激光器。同時，第三代半導體在紫外、深紫外的LED和激光領域應用也是各國研究的重點，我國在這個領域的研究與美國等國並駕齊驅，更早實現突破也不是不可能。
三、耐高溫高電壓是三代半導體的特長
第三代半導體的第二大應用是功率器件。第一代半導體和第二代半導體一般只能在200℃以下的溫度下正常工作，不適合用在高溫工作環境，而且也不適合在高電壓環境下使用。但是有些場合，是高溫、高電壓的工作環境，只有第三代半導體才能勝任。第三代半導體的GaN和SiC，可以在600℃左右的高溫環境正常使用，他倆都能在600V的電壓下工作，而且SiC已經可以做到在1700V左右的電壓下工作，未來還會更高。同時，這類半導體在導電的時候，電阻要小於第一代半導體從而減少電能的損耗，而且可以承載更大的電流，應用場景更加廣泛。這樣的半導體器件大量應用，會帶來電力電子領域的一場革命。
我國擁有世界上最大的電網系統，未來的電網建設方向必然是智能化程度越來越高的智慧電網。這樣的智慧電網要求有能適應高電壓環境的電子控制器件來實時控制。我們以前給高壓電拉閘都得抱著大長杆子去拉閘，一旦想合上還得用大長杆子去操作，非常不方便，也不智能。如果可以用電路控制就好了，但是傳統的硅半導體因為無法承受這麼高的電壓，而無法正常工作。現在有了第三代半導體SiC，就可以在高電壓電路里自動控制開關了，而且開關的速度非常快，完全可以實現智能操作。在所有的高壓線路中使用功率器件實現自動化控制是世界各國都在努力的方向。我國的智慧電網建設自然也需要大量的SiC或GaN器件來完成智能化改造。但是目前來說，我國在這個領域的技術還不太先進，主要的器件還是要靠進口的。這次國家大力扶持第三代半導體，鼓勵大批企業進入功率器件的生產領域，未來發展前景非常可觀。
除了電網，還有很多領域也會使用第三代半導體制造的功率器件。比如風力發電站需要這類器件調整電壓和頻率，太陽能發電站需要這類器件實現直流電向交流電轉變並及時併網。我國的高鐵、電力汽車需要大量的功率器件。新能源汽車，是第三代半導體更大的一個應用市場。雖然現在我國的比亞迪等公司已經可以自主生產電動汽車使用的功率器件了，但是還是以第一代半導體為主。未來想實現快速充電，充電樁和電動車就得大量應用第三代半導體。說到快速充電，我們普通消費者已經可以買到用第三代半導體制造的充電器了。就是各大手機廠家推出的GaN充電器，這種充電器可以給手機快速充電。如果我們的筆記本電腦換用第三代半導體制造的電源適配器的話，再也不用揹著沉重的電源線了。因為使用GaN電源適配器可以做到以前體積的五分之一，比手機充電器也大不了多少。不僅民用領域，電網等大型應用場合，也可以使用體積很小的電力轉換器實現控制器件的小型化。
在功率器件這個領域，雖然我國的民用市場是以進口為主。但我國的技術儲備並不少，前期在軍事、航天等領域的積累，為我國發展基於第三代半導體的功率器件奠定了良好的基礎。再加上近些年大學和科研院所的大力研發，我國的第三代半導體專利儲備僅次於日本和美國，居於世界第三位，申請量甚至超過了美國居於世界第二位。雖然專利質量和覆蓋範圍不如美國，但相比於第一代半導體與西方的差距來說，我國在第三代半導體上可以說是緊跟世界潮流了。再加上我國巨大的市場潛力和國家的大力支持，未來的前景一片光明。相反，由於美國政府的封鎖政策，他們的公司將來很可能分不到中國市場的大蛋糕，所以我國剛宣佈大力發展第三代半導體，美國的芯片行業股票就開始大跌。
四、光探測器，三代半導體明察秋毫
第三代半導體的第三大應用是光探測器。這類探測器可以靈敏地檢測到各種光線，不僅可以檢測可見光，還可以檢測紫外光，不僅可以在常溫下使用，還可以在高溫條件下使用。比如可以在飛機發動機內部安裝第三代半導體制造的紫外光敏二極管，以監測發動機的工作狀態，為發動機的維修和改進提供重要的數據。當然，火箭發動機、汽車發動機、火力發電站等領域也都可以應用這項技術。還有，近兩年，經常發生小學幼兒園教師忘記關閉紫外消毒燈，孩子被紫外線照傷的事故。因為紫外燈發光是肉眼看不見的，燈是不是開著，用眼睛看不出來。但如果在屋裡安裝用第三代半導體制作的紫外光探測器，就可以及時避免這類事故的發生。
第三代半導體制造的光檢測器，檢測靈敏度很高，甚至可以進行單光子檢測，這在將來可以應用到量子通訊等領域，甚至有可能改變光通訊的規則。利用第三代半導體的光檢測技術，未來還能實現對潛艇的藍光通訊技術，給潛艇增加一個光通訊能力。此外，第三代半導體光檢測器可以在臭氧監測、汙染監測、血液分析等領域進行應用，造福人類。
第三代半導體，西方發達國家都是很重視的，也對我國有比較嚴格的限制。但是目前來說，這個領域尚沒有形成寡頭壟斷，技術和生產都還比較分散，未來誰是老大還不明確。從技術上來說，我國的研發進度跟發達國家也就是前後腳，並沒有被遠遠落下，雖有技術差距，但沒有技術鴻溝。正是因為如此，我國的企業有很好的追趕機會，只要利用好國家的政策和我國巨大的市場，也許我國可以形成幾個芯片領域的巨頭。
你覺得美國發起的的技術封鎖，對我國來說是好事還是壞事，我國有沒有可能成為第三代半導體的引領者？請在評論區留言發表你的觀點。
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