近日,有消息称,我国计划把大力支持发展第三代半导体产业,写入“十四五”规划,计划在-年期间,大力支持发展第三代半导体产业,以期实现产业独立自主。
近两年,以华为为代表的中国高科技企业受到外部环境诸多干扰和限制,尤其在半导体这个国内薄弱产业,外部的贸易摩擦可谓“卡住了国内众多企业喉咙”。作为下一世代的半导体材料,第三代半导体给了我国“弯道超车”的机会。
什么是第三代半导体?第三代半导体需要哪些矿业材料?今天《矿业汇》带大家初步了解第三代半导体。
半导体产业发展至今经历了三个阶段:
第一代半导体材料以硅为代表;
第二代半导体材料砷化镓也已经广泛应用;
第三代半导体是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为主,氧化锌、氧化铝、金刚石等在内的的宽禁带半导体材料,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。
5G时代下,第三代半导体优势明显,在新能源汽车、高速轨道交通、新一代移动通信、智能电网等众多领域有着广阔的应用前景,未来将成为能源、交通、国防等产品的重要新材料。
(1)、
碳化硅(SiC)
SiC是由硅和碳组成的化合物半导体材料,在热、化学、机械方面都非常稳定。天然的碳化硅很少,工业上使用的为人工合成原料,主要用石英砂、石油焦(或煤焦)在高温电阻炉内通过下以下反应生成,辅助材料为木屑和食盐,木屑可使物料形成多孔烧结体,便于CO气体排出,加入食盐可与Fe、Al等杂质生成氯化物而挥发掉,从而生产绿色碳化硅。
石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒,石英石是一种非金属矿物质,是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物。
石英石矿石的分布相当广泛,但只有含硅量超过93%的石英石中才有真正的矿产资源开发价值,才有成为高品位石英矿的前提。如果石英石含硅量达到了99%,则是极具开发价值的高品位优质矿。在产业结构升级的大背景下,优质矿产资源成为投资者眼中的“香饽饽”。
石油焦炭、冶金焦炭(煤焦)、沥青焦炭、石墨等军事工业上可利用的含碳量高的材料,但是满足冶炼碳化硅需要的碳材料,不仅要求含碳量高,而且要求有害物质(灰分)少,反应能力强、填充重量大。目前冶炼碳化硅主要碳来源为石油焦。
(2)、氮化镓(GaN)
氮化镓是一种无机物,化学式GaN,镓在地壳中的浓度很低,不以纯金属状态存在,多以伴生矿存在,主要赋存在铝土矿中,少量存在于锡矿、钨矿和铅锌矿中。根据美国地质调查局年发布的数据,全球铝土矿中镓的储量超过万吨,锌矿中还有一定储量的镓资源。
我国是世界上镓主产国之一,镓资源储量较多的省份是内蒙古,除此之外,广西、贵州、河南、山西、云南5省也是镓资源主要分布地。
从镓资源分布类型来看,广西、贵州、河南、山西、吉林、山东等省区的镓主要存在于铝土矿中,云南、黑龙江等省的镓主要存在于锡矿或煤矿中,湖南等省区的镓主要存在于闪锌矿中。
目前,镓资源开采利用仍处于初级阶段,因其多为伴生矿,而一些企业由于技术、资金等多方面原因并未对矿石中所含的镓资源进行提取,结果造成这种稀缺资源的浪费。中小型镓生产加工企业由于提取工艺相对简单,投入资金相对较少,在开采生产过程中也造成了比较严重的环境污染。
同时,我国镓生产企业规模分散,产业链存在薄弱环节,作为出口大国,我国却无定价权,
国内也缺乏价格发现平台和机制。
作为第三代半导体主要材料之一,十四五规划的一部分,国家应加强对镓资源的保护和管理,在技术和产业链协同上,镓资源能够物有所值!