硬件百科：半导体原材料有哪些？

这些年整个集成电路行业都陷入了瓶颈，处理器工艺制程难以精进，摩尔定律似乎已经走向了没落，半导体行业一直想要找出可以替代硅（Si）的半导体材料，但尝试了各种后发现还是硅（Si）好挣钱。

虽然硅（Si）在集成电路芯片制造上目前无法被替代，但经过了这么多年的发展，每一个成熟的半导体材料自己都可以带动一个行业的发展，那么目前行业里有哪些半导体材料呢？

业界将半导体材料进行过分类，前面提到的硅（Si）和锗(Ge)是第一代半导体材料。

硅（Si）：前面提到的硅（Si）是目前应用最广泛的半导体材料，集成电路基本都是由硅（Si）制造。硅（Si）被大家广为熟知是因为它是CPU的材料，英特尔和AMD的处理器都是基于硅（Si）所打造的，当然除了CPU，GPU芯、存储闪存也都是硅（Si）的天下。

锗（Ge）：锗（Ge）是早期晶体管的材料，可以说正是硅（Si）出现之后锗（Ge）才走向了没落，不过也只是锗（Ge）并没有被硅（Si）完全取代，作为重要的半导体材料之一，锗（Ge）依旧活跃在一些光纤、太阳能电池等通道领域。

第一代半导体材料的不管是技术开发还是还是成本把握都最为成熟，所以即使后面的第二、第三代半导体材料在某些特性表现方面完全超越了硅（Si），却也没有办法商用取代硅（Si）的价值，无法带来硅（Si）这样的高收益才是关键。

第二代半导体：

第二代半导体材料与第一代半导体有本质的不同，第一代半导体的硅（Si）和锗（Ge）属于单质半导体，也就是由单一物质构成。而第二代属于化合物半导体材料，由两种或两种以上元素合成而来，并且拥有半导体特性，第二代半导体常见的是砷化镓（GaAs）和磷化铟 (InP)。

砷化镓（GaAs）：砷化镓（GaAs）是第二代半导体材料的标志性产物之一，我们经常听说的的LED发光二极管，就有砷化镓（GaAs）参与。

砷化镓（GaAs）

磷化铟 (InP)：磷化铟 (InP)由金属铟和赤磷在石英管中加热反应制作，特点是耐高温、高频率和高速率，因此在通讯行业被广泛应用，用于制作通信器件。

第二代半导体可以说是4G时代的基盘，很多4G设备使用的材料都是基于第二代半导体材料打造。

第三代半导体：

第三代半导体同样属于化合物半导体材料，特点是高禁带宽度、高功率和高频以及高电压等，代表产品是，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。

碳化硅（SiC）：碳化硅（SiC）的特性有耐高温、耐高压，非常适合是做功率器件开关，如很多主板上高端MOSFET就是由碳化硅（SiC）制作的。

MOSFET

氮化镓（GaN）：氮化镓（GaN）碳化硅（SiC）一样都是高禁带宽度半导体，特性是能耗低、适合高频率，适合打造5G基站，唯一的缺点就是技术成本过高，很难在商用领域看到。

目前国内比较流行推广第三代半导体的发展，原因是国内外起点差距小，还有竞争的机会。

注意事项：

虽然这些半导体材料被认为划分到为第一代、第二代，听起来也像是迭代的产品，但其实这些第一代、第二代、第三代半导体材料并不是替代关系，它们的特性不同，应用的场景也不一样，一二三代只是行业一种区分标识，只是根据材料进行了划分，有些场景化甚至会同时应用在一起。

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半导体的三大特性

1、惨杂性：半导体的电阻会随着参入元素的改变而改变；例如纯净的硅电阻为214000欧姆，当掺入百万分之一的硼元素时，电阻会一下减小到0.4欧姆。

2、光敏性：半导体电阻率对光的变化十分敏感，有光照时电阻小、无光照时电阻大。例如现在普遍使用的光敏电阻就是利用半导体这一原理制成。

3、热敏性：半导体电阻会明显随温度变化而变化；例如纯净的锗，温度每升高10摄氏度，电阻会减小到原来的十分之一。所以半导体元器件在环境温度变化时会影响工作的稳定性。

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