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沈波主讲才斋讲堂第206讲: 第三代半导体:从半导体照明到功率电子器件

  第三代半导体是国家重大需求,亦是国际高技术竞争的关键领域,其典型代表氮化物半导体是支撑国家十四五计划“新基建”和“中国制造2025”的关键技术。在202156日晚的才斋讲堂系列讲座上,北京大学物理学院沈波教授介绍了第三代半导体的发展历程,并结合自身工作重点讲解了GaN基电子材料和器件的发展动态及面临的关键科学技术问题。

沈波主讲才斋讲堂第206

  沈波教授从诺贝尔物理学奖的视角回顾了三代半导体的发展。第一代半导体以SiGe为代表,成果包括晶体管的发明、集成电路的发明、半导体和超导体中隧道效应的发现、硅基电荷耦合器件的发明。第二代半导体以GaAsInP为代表,成果包括量子霍尔效应及分子量子霍尔效应的发现、半导体异质结的发展、光纤的发明。第三代半导体以GaNSiC为代表,核心成果是GaN基蓝光LED的发明。这些成果分别都获得了诺贝尔物理学奖,也说明了半导体是当今科学研究的关键领域。

讲座现场

  沈波教授讲解了第三代半导体的发展现状和趋势。第三代半导体的典型代表氮化物半导体具有一系列不可替代的优秀性质,GaN基第三代半导体主要应用于GaNLED与半导体照明,以及GaN基射频电子和功率电子器件。基于GaNLED的半导体照明已形成庞大的高技术产业,目前正由光效驱动向成本和品质驱动转变,各种新型LED发展迅速,在医疗、健康和农业现代化等领域中广泛应用;GaN基射频电子器件应用于移动通讯、军事国防和数据传输,是新一代雷达的主流技术,在5G移动通信、物联网、卫星通讯等领域不可替代;GaN基功率电子器件有良好的节能效应,应用于新能源汽车、轨道交通和新一代通用电池。

  我国在第三代半导体领域已具备全创新链研发能力,但整体研发能力与美、日仍有差距,同时面临着美日欧研发和产业化快速发展、全面技术禁运和封锁等严峻外部环境和挑战。过去二十多年,北京大学一直致力于第三代半导体领域的研究,并取得了一系列在国内外有一定影响的研究进展,部分成果已经实现了产业化转移,希望北大相关专业的研究生能够抓住机遇,刻苦钻研,为国家科技创新贡献力量。

提问环节

  沈波教授对第三代半导体的讲授让大家深受启发。在交流和互动环节,同学们就GaN基射频电子器件在相阵雷达的应用、第三代半导体在CPU芯片的应用、碳基集成电路等问题进行了深入的讨论。

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