Sự nổi lên của chất bán dẫn thế hệ thứ ba

Chất bán dẫn thế hệ thứ ba chứa các thành phần như GaN và SiC. Các yếu tố này phù hợp với thiết bị công suất lớn như xe điện và có khả năng chịu được tần số, nhiệt độ cao.

Trong vài thập kỷ gần đây, chất bán dẫn đã phát triển từ thế hệ thứ nhất lên đến thế hệ thứ ba một cách nhanh chóng nhờ vào tiến bộ khoa học – công nghệ. Cụ thể, giới công nghệ đang có xu hướng loại bỏ các chất bán dẫn truyền thống, vốn được coi là kém hiệu quả trong ứng dụng công suất lớn.

Hiện tại, chất bán dẫn có tiềm năng phát triển nhất là Wide Band Gap (WBG), thuộc thế hệ thứ ba. WBG thể hiện đặc tính vật lý vượt trội so với hai thế hệ trước đó.

Nhìn lại hai chất bán dẫn của thế hệ thứ nhất là Silicon (Si) và Germanium, chúng có sự hạn chế nhất định trong việc ứng dụng vào các thiết bị quang điện tử, đồng thời khó đáp ứng tần số cao và công suất lớn. Đối với thế hệ thứ hai, Gallium Arsenide (GaAs) và Indium Phosphide (InP) được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, hai chất trên đều rất khan hiếm, có giá thành cao và tương đối độc hại đối với con người.

Nhiều năm trở lại đây, hai chất thuộc thế hệ thứ ba là Gali Nitride (GaN) và Silicon Carbide (SiC) đã được sản xuất để chế tạo các thiết bị đòi hỏi nhiệt độ cao, tần số cao, chống bức xạ và công suất lớn. SiC ứng dụng phù hợp nhất trong việc lưu trữ năng lượng, sản xuất xe điện và các ngành công nghiệp đòi hỏi hệ thống pin chất lượng cao.

Mặt khác, GaN ưu tiên cho ứng dụng tần số cao, bao gồm các thiết bị liên lạc và sạc nhanh cho điện thoại di động, máy tính bảng và máy tính xách tay. So với sạc nhanh truyền thống, sạc nhanh GaN cung cấp nguồn năng lượng cao hơn. Do đó, các thiết bị có thể sạc đầy trong một khoảng thời gian rất ngắn. Theo dự đoán của Công ty nghiên cứu công nghệ TrendForce, thị trường tiêu thụ SiC ước tính đạt 3,39 tỷ USD và toàn bộ chất thuộc thế hệ thứ ba cán mốc 4,71 tỷ USD vào năm 2025.

Một công ty nghiên cứu công nghệ khác là Vortex đã chia sẻ 5 ưu điểm chính của thế hệ chất bán dẫn thế hệ ba, bao gồm: băng thông cao; hiệu suất năng lượng cao; hiệu suất nhiệt được tối ưu; tốc độ bão hòa cao và khả năng dẫn nhiệt tốt. Tuy nhiên, theo nhiều chuyên gia nhận định, vì thành phần bán dẫn được mở rộng hơn và tiên tiến hơn nên thế hệ thứ ba có thể phá vỡ nút thắt phát triển của thế hệ thứ nhất và thứ hai.

Trong hai năm qua, sự cạnh tranh thương mại khốc liệt giữa Mỹ và Trung Quốc cùng với đại dịch Covid-19 đã làm chậm lại thị trường bán dẫn thế hệ thứ ba trên toàn thế giới. Dẫu vậy, các nhà phân tích cho rằng mô hình bán dẫn mới này hứa hẹn tăng trưởng vượt bậc nhờ nhu cầu cao trong các ứng dụng ô tô, công nghiệp và viễn thông.