最近大家都在讨论第三代半导体，很多人认为第三代半导体性能远超第一代半导体，完全可以跳过第一代，全力发展第三代半导体。其实，事情并没有那么简单，第三代半导体并不是第一代半导体的简单升级，也不是简单的替代关系。下面我们来认识一下第三代半导体和它的应用，以及我国的优势。
一、三代半导体，不能完全替代一代半导体
就像刚刚提到的，第三代半导体并不是第一代半导体的简单升级。其实第一代半导体和第三代半导体的使用范围是不完全一样的。第一代半导体是我们常用的芯片里的硅半导体，第二代半导体是以GaAs为代表的，它主要应用到通讯领域。第三代半导体的成熟队员是GaN和SiC，未来可能还有ZnO、金刚石和AlN等。第三代半导体比前两代半导体更适合在高温、高电压、高频率下工作。为了更好理解它们之间的关系，与其叫三代半导体，不如叫三类半导体，它们各有各的优势，不是简单的升级换代。
第一代半导体由于制造工艺成熟、生产成本低，目前和未来相当长一段时间都依然会是最主流的半导体类型。另外，第一类半导体更适合在低压下工作，也更容易制成复杂的逻辑芯片，所以未来电脑和手机等使用的芯片主角还是第一代半导体。第三代半导体的志向并不是替代硅来制造电脑手机的芯片，它有自己的一片天地。
二、照明是三代半导体的第一大舞台
第三代半导体的第一大类应用是照明，这也是我国最有优势的一个领域。人类的照明经历了木材、油灯、蜡烛、白炽灯、荧光灯、三基色节能灯到LED灯的演化。随着这个演化过程，我们对能量的利用率越来越高。白炽灯只能将不到百分之十的能量变成光，荧光灯在20%左右，传统的照明灯具对电能的浪费是不可忽略的。而在相同亮度下，LED灯消耗的电能仅仅是白炽灯的八分之一甚至更低。如果现在家庭使用的电灯全部换成LED灯具的话，将给家庭和国家节约大量的电能。
目前我们使用的LED灯，就是用第三代半导体GaN制造的。通过科学家们的不懈努力，制作出了专门发红光、绿光和蓝光的LED灯，这样的三种颜色通过混合可以得到各种颜色。我们的电视机就是用这三种颜色混合出来的彩色图像，大街上的LED显示屏就是利用大量三基色LED灯组装出来的。一开始LED灯生产成本太高，无法在家用照明上使用。主要用来制作液晶电视的背光灯、电子设备的指示灯等。但随着世界各国，尤其是中国对节能照明的重视，LED灯得到了迅速推广。目前我们家里面装修，已经开始优先选择LED灯作为主要灯具了。
LED灯不仅节能、使用寿命长、可以发出最接近自然光的光线，而且还可以变换颜色和自由调节亮度。这些特性，为我们家庭照明增添了很多乐趣，我们可以通过手机或遥控变换家里的照明场景。不仅是家用，通过与5G物联网等技术结合，LED灯还可以设计成城市智慧照明的主角。未来的智慧城市，不仅交通灯是物联网控制的LED灯，路灯、城市霓虹灯等照明设施都会采用物联网控制的LED灯。智慧城市，必然要搭配智慧照明，由智能程序控制，根据场景调节交通，根据场景调整照明等。比如可以根据自然光线的强度调整照明的亮度，也可以自动探测人员走动调节街道灯光等。此外，还有汽车的灯光、工业照明、医学照明等，未来LED灯的使用范围会越来越广。
之所以说LED灯是我国最有优势的领域。并不是说我国的技术最先进，其实美国、日本、欧洲的LED灯技术都比中国企业的技术更强一些。但是，由于传统的LED灯主要核心技术已经过了专利保护期，国内企业可以免费使用传统LED技术，大规模生产LED灯。而我国是世界上LED灯的最大消费市场，目前一半以上的LED灯都在中国销售。依靠巨大的市场规模和一定的成本优势，我国的LED灯生产企业迅速成长起来，目前已经占据了世界上将近80%的产量。随着市场占有率的提高，有了足够高的利润，就可以有足够多的经费投入技术演进的研发，从技术上赶超国外企业只是时间问题。外国企业，虽然有更先进的技术和专利，但是没有价格优势而可能被逐渐边缘化。
除了普通LED，第三代半导体还在半导体激光领域有不错的发挥，目前有很多半导体激光器在广泛使用，这类半导体激光器也叫固体激光器。同时，第三代半导体在紫外、深紫外的LED和激光领域应用也是各国研究的重点，我国在这个领域的研究与美国等国并驾齐驱，更早实现突破也不是不可能。
三、耐高温高电压是三代半导体的特长
第三代半导体的第二大应用是功率器件。第一代半导体和第二代半导体一般只能在200℃以下的温度下正常工作，不适合用在高温工作环境，而且也不适合在高电压环境下使用。但是有些场合，是高温、高电压的工作环境，只有第三代半导体才能胜任。第三代半导体的GaN和SiC，可以在600℃左右的高温环境正常使用，他俩都能在600V的电压下工作，而且SiC已经可以做到在1700V左右的电压下工作，未来还会更高。同时，这类半导体在导电的时候，电阻要小于第一代半导体从而减少电能的损耗，而且可以承载更大的电流，应用场景更加广泛。这样的半导体器件大量应用，会带来电力电子领域的一场革命。
我国拥有世界上最大的电网系统，未来的电网建设方向必然是智能化程度越来越高的智慧电网。这样的智慧电网要求有能适应高电压环境的电子控制器件来实时控制。我们以前给高压电拉闸都得抱着大长杆子去拉闸，一旦想合上还得用大长杆子去操作，非常不方便，也不智能。如果可以用电路控制就好了，但是传统的硅半导体因为无法承受这么高的电压，而无法正常工作。现在有了第三代半导体SiC，就可以在高电压电路里自动控制开关了，而且开关的速度非常快，完全可以实现智能操作。在所有的高压线路中使用功率器件实现自动化控制是世界各国都在努力的方向。我国的智慧电网建设自然也需要大量的SiC或GaN器件来完成智能化改造。但是目前来说，我国在这个领域的技术还不太先进，主要的器件还是要靠进口的。这次国家大力扶持第三代半导体，鼓励大批企业进入功率器件的生产领域，未来发展前景非常可观。
除了电网，还有很多领域也会使用第三代半导体制造的功率器件。比如风力发电站需要这类器件调整电压和频率，太阳能发电站需要这类器件实现直流电向交流电转变并及时并网。我国的高铁、电力汽车需要大量的功率器件。新能源汽车，是第三代半导体更大的一个应用市场。虽然现在我国的比亚迪等公司已经可以自主生产电动汽车使用的功率器件了，但是还是以第一代半导体为主。未来想实现快速充电，充电桩和电动车就得大量应用第三代半导体。说到快速充电，我们普通消费者已经可以买到用第三代半导体制造的充电器了。就是各大手机厂家推出的GaN充电器，这种充电器可以给手机快速充电。如果我们的笔记本电脑换用第三代半导体制造的电源适配器的话，再也不用背着沉重的电源线了。因为使用GaN电源适配器可以做到以前体积的五分之一，比手机充电器也大不了多少。不仅民用领域，电网等大型应用场合，也可以使用体积很小的电力转换器实现控制器件的小型化。
在功率器件这个领域，虽然我国的民用市场是以进口为主。但我国的技术储备并不少，前期在军事、航天等领域的积累，为我国发展基于第三代半导体的功率器件奠定了良好的基础。再加上近些年大学和科研院所的大力研发，我国的第三代半导体专利储备仅次于日本和美国，居于世界第三位，申请量甚至超过了美国居于世界第二位。虽然专利质量和覆盖范围不如美国，但相比于第一代半导体与西方的差距来说，我国在第三代半导体上可以说是紧跟世界潮流了。再加上我国巨大的市场潜力和国家的大力支持，未来的前景一片光明。相反，由于美国政府的封锁政策，他们的公司将来很可能分不到中国市场的大蛋糕，所以我国刚宣布大力发展第三代半导体，美国的芯片行业股票就开始大跌。
四、光探测器，三代半导体明察秋毫
第三代半导体的第三大应用是光探测器。这类探测器可以灵敏地检测到各种光线，不仅可以检测可见光，还可以检测紫外光，不仅可以在常温下使用，还可以在高温条件下使用。比如可以在飞机发动机内部安装第三代半导体制造的紫外光敏二极管，以监测发动机的工作状态，为发动机的维修和改进提供重要的数据。当然，火箭发动机、汽车发动机、火力发电站等领域也都可以应用这项技术。还有，近两年，经常发生小学幼儿园教师忘记关闭紫外消毒灯，孩子被紫外线照伤的事故。因为紫外灯发光是肉眼看不见的，灯是不是开着，用眼睛看不出来。但如果在屋里安装用第三代半导体制作的紫外光探测器，就可以及时避免这类事故的发生。
第三代半导体制造的光检测器，检测灵敏度很高，甚至可以进行单光子检测，这在将来可以应用到量子通讯等领域，甚至有可能改变光通讯的规则。利用第三代半导体的光检测技术，未来还能实现对潜艇的蓝光通讯技术，给潜艇增加一个光通讯能力。此外，第三代半导体光检测器可以在臭氧监测、污染监测、血液分析等领域进行应用，造福人类。
第三代半导体，西方发达国家都是很重视的，也对我国有比较严格的限制。但是目前来说，这个领域尚没有形成寡头垄断，技术和生产都还比较分散，未来谁是老大还不明确。从技术上来说，我国的研发进度跟发达国家也就是前后脚，并没有被远远落下，虽有技术差距，但没有技术鸿沟。正是因为如此，我国的企业有很好的追赶机会，只要利用好国家的政策和我国巨大的市场，也许我国可以形成几个芯片领域的巨头。
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