• 第三代半導體材料是化合物半導體的新機遇

    2019-07-03 15:14創力
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    第三代半導體材料是化合物半導體的新機遇

    第一代半導體取代了笨重的電子管,帶來了以集成電路為核心的微電子工業的發展和整個 IT 產業的飛躍,廣泛應用于信息處理和自動控制等領域。


    盡管硅擁有很多優越的電子特性,但這些特性已經快被用到極限,科學家一直在尋找能替代硅的半導體材料,以制造未來的電子設備,隨后化合物半導體橫空出世。


    近年來,隨著功率半導體器件、工業半導體、汽車電力電子等領域的空前發展,第三代半導體材料越發凸顯其重要性與優越性。目前發達國家都將第三代半導體材料及相關器件等的發展列為半導體重要新興技術領域。


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    化合物半導體材料優勢顯著

    隨著半導體器件應用領域的不斷擴大,特別是特殊場合要求半導體能夠在高溫、強輻射、大功率等環境下性能依然保持穩定,第一代和第二代半導體材料便無能為力,于是第三代半導體材料。


    第三代半導體主要包括氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(AlN)。


    與第一代、第二代半導體材料相比,第三代半導體材料具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率等優點,可以滿足現代電子技術對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件的新要求,從其材料優越性來看,頗具發展潛力,相信隨著研究的不斷深入,其應用前景將十分廣闊。


    SOI 的一個特殊子集是藍寶石上硅工藝,在該行業中通常稱為 Ultra CMOS。目前,Ultra CMOS 是在標準 6 英寸工藝設備上生產的,8 英寸生產線亦已試制成功。示范成品率可與其它 CMOS 工藝相媲美。


    GaAs 生產方式和傳統的硅晶圓生產方式存在較大差異,采用磊晶技術制造,磊晶圓直徑只有 46英寸,而傳統硅晶圓直徑為 12 英寸,對技術和操作精度有較大提升;此外,磊晶圓生產需專門設備,這就使砷化鎵技術成本高于傳統硅基技術。磊晶目前有兩種,一種是化學的 MOCVD,一種是物理的 MBE


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    GaN 則是在 GaAs 基礎上的再升級,性能更優越,適用于微電子領域和光電子領域。在微電子領域主要為無線通訊、光通訊、無線局域 網、汽車電子產品、軍事電子產品等方面;光電子領域為射頻 IC,具體體現為 PALNA 等通信元件。

    有望全面取代傳統半導體

    從應用領域來看,第一代半導體硅(Si),主要應用在數據運算領域,第二代半導體砷化鎵(GaAs),主要應用在通信領域,兩者都有一定的局限性。


    第三代寬禁帶半導體碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN),以其高溫下的穩定性、高效的光電轉化能力、更低的能量損耗等絕對優勢,可以被廣泛應用在各個領域,無論是消費電子設備、照明、新能源汽車、風力發電機、飛機發動機,還是導彈和衛星,都對這種高性能的半導體有著極大的期待,未來有望全面取代傳統半導體材料。


    第三代半導體材料已展現出極其重要的戰略性應用價值,有望突破第一、二代半導體材料應用技術的發展瓶頸,創新開拓時代需求的新技術領域,不僅在信息領域,而且進入到能源領域發揮極為重要的作用。




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