Ποια είναι η βιομηχανία ημιαγωγών τρίτης γενιάς;

Τα υλικά ημιαγωγών μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις γενιές με χρονολογική σειρά. Η πρώτη γενιά αποτελείται από κοινά στοιχειώδη υλικά όπως το γερμανικό και το πυρίτιο, τα οποία χαρακτηρίζονται από βολική εναλλαγή και χρησιμοποιούνται γενικά σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Οι ημιαγωγοί ένωσης δεύτερης γενιάς όπως το αρσενίδιο του γαλλίου και το φωσφίδιο του ινδίου χρησιμοποιούνται κυρίως σε υλικά φωταύγειας και επικοινωνίας. Οι ημιαγωγοί τρίτης γενιάς περιλαμβάνουν κυρίως σύνθετους ημιαγωγούς όπωςκαρβίδιο πυριτίουκαι το νιτρίδιο του γαλλίου, καθώς και ειδικά στοιχεία όπως το Diamond. Με τις εξαιρετικές φυσικές και χημικές του ιδιότητες, τα υλικά καρβιδίου πυριτίου εφαρμόζονται σταδιακά στους τομείς των συσκευών ισχύος και ραδιοσυχνότητας.

Οι ημιαγωγοί τρίτης γενιάς έχουν καλύτερη αντοχή στην τάση και είναι ιδανικά υλικά για συσκευές υψηλής ισχύος. Οι ημιαγωγοί τρίτης γενιάς αποτελούνται κυρίως από υλικά νιτριδίου πυριτίου και γάλλου. Το πλάτος Bandgap του SIC είναι 3.2EV, και αυτό του GAN είναι 3.4EV, το οποίο υπερβαίνει κατά πολύ το πλάτος του bandgap του SI στο 1.12EV. Επειδή οι ημιαγωγοί τρίτης γενιάς έχουν γενικά ένα ευρύτερο χάσμα ζώνης, έχουν καλύτερη αντίσταση τάσης και αντοχή στη θερμότητα και χρησιμοποιούνται συχνά σε συσκευές υψηλής ισχύος. Μεταξύ αυτών, το καρβίδιο του πυριτίου έχει εισαγάγει σταδιακά την εφαρμογή μεγάλης κλίμακας. Στον τομέα των συσκευών ισχύος, οι δίοδοι καρβιδίου πυριτίου και τα MOSFETs έχουν αρχίσει εμπορική εφαρμογή.

Οι συσκευές ισχύος που κατασκευάζονται με καρβίδιο πυριτίου ως υπόστρωμα έχουν περισσότερα πλεονεκτήματα στην απόδοση σε σύγκριση με τις συσκευές ισχύος που βασίζονται σε πυρίτιο: (1) ισχυρότερα χαρακτηριστικά υψηλής τάσης. Η αντοχή ηλεκτρικού πεδίου κατάρρευσης του καρβιδίου πυριτίου είναι περισσότερο από δέκα φορές αυτή του πυριτίου, γεγονός που καθιστά την αντίσταση υψηλής τάσης των συσκευών καρβιδίου πυριτίου σημαντικά υψηλότερη από αυτή των ίδιων συσκευών πυριτίου. (2) Καλύτερα χαρακτηριστικά υψηλής θερμοκρασίας. Το καρβίδιο του πυριτίου έχει υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα από το πυρίτιο, διευκολύνοντας τις συσκευές να διαλύουν τη θερμότητα και να επιτρέπουν μια υψηλότερη τελική θερμοκρασία λειτουργίας. Η αντίσταση υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να αυξήσει σημαντικά την πυκνότητα ισχύος μειώνοντας ταυτόχρονα τις απαιτήσεις για το σύστημα διασποράς θερμότητας, καθιστώντας τον ακροδέκτη και μικρότερο. (3) χαμηλότερη απώλεια ενέργειας. Το καρβίδιο του πυριτίου έχει ρυθμό μετατόπισης ηλεκτρονίων κορεσμού δύο φορές του πυριτίου, το οποίο κάνει τις συσκευές καρβιδίου πυριτίου να έχουν εξαιρετικά χαμηλή αντοχή και χαμηλή απώλεια. Το καρβίδιο του πυριτίου έχει πλάτος ζώνης τρεις φορές αυτό του πυριτίου, το οποίο μειώνει σημαντικά το ρεύμα διαρροής των συσκευών καρβιδίου πυριτίου σε σύγκριση με τις συσκευές πυριτίου, μειώνοντας έτσι την απώλεια ισχύος. Οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου δεν διαθέτουν ρεύμα ουρά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας στροφής, έχουν χαμηλές απώλειες μεταγωγής και αυξάνουν σημαντικά τη συχνότητα μεταγωγής σε πρακτικές εφαρμογές.

Σύμφωνα με τα σχετικά δεδομένα, η αντιστάθμιση των MOSFET με βάση το καρβίδιο του πυριτίου της ίδιας προδιαγραφής είναι 1/200 από εκείνη των MOSFET με βάση το πυρίτιο και το μέγεθός τους είναι 1/10 αυτού των MOSFET με βάση το πυρίτιο. Για τους μετατροπείς των ίδιων προδιαγραφών, η συνολική απώλεια ενέργειας του συστήματος που χρησιμοποιεί MOSFET που βασίζονται σε καρβίδιο του πυριτίου είναι μικρότερη από 1/4 σε σύγκριση με εκείνη που χρησιμοποιεί IGBTs με βάση το πυρίτιο.

Σύμφωνα με τις διαφορές στις ηλεκτρικές ιδιότητες, τα υποστρώματα καρβιδίου πυριτίου μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους: υποστρώματα καρβιδίου με ημι-ινστιτούτα πυριτίου και υποστρώματα καρβιδίου πυριτίου. Αυτοί οι δύο τύποι υποστρωμάτων, μετάεπιταξιακή ανάπτυξη, χρησιμοποιούνται αντίστοιχα για την κατασκευή διακριτών συσκευών όπως συσκευές ισχύος και συσκευές ραδιοσυχνότητας. Μεταξύ αυτών, τα υποστρώματα καρβιδίου ημι-οικειοποίησης του πυριτίου χρησιμοποιούνται κυρίως στην κατασκευή συσκευών RF νιτριδίου γαλλίου, οπτοηλεκτρονικών συσκευών, κλπ. Με την καλλιέργεια νιτριδίου επιταξιακού στρώματος σε ημι-διορθωτικά υπόστρωμα καρβιδίου πυριτίου. Hemt. Τα αγώγιμα υποστρώματα καρβιδίου πυριτίου χρησιμοποιούνται κυρίως στην κατασκευή συσκευών ισχύος. Σε αντίθεση με την παραδοσιακή διαδικασία κατασκευής συσκευών ισχύος πυριτίου, οι συσκευές ισχύος καρβιδίου πυριτίου δεν μπορούν να κατασκευαστούν άμεσα σε υποστρώματα καρβιδίου πυριτίου. Αντ 'αυτού, ένα επιταξιακό στρώμα καρβιδίου πυριτίου πρέπει να καλλιεργηθεί σε ένα αγώγιμο υπόστρωμα για να επιτευχθεί επιταξιακό δισκίο πυριτίου, και στη συνέχεια οι δίοδοι Schottky, MOSFETs, IGBTs και άλλες συσκευές ισχύος μπορούν να κατασκευαστούν στο επιταξιακό στρώμα.