趣科技 | 第三代半导体材料:初出茅庐却要把前辈全面取代

2016-11-30 09:15:00 来源:EEFOCUS
标签:

第一代半导体材料是元素半导体的天下,而第二、三代半导体材料便成化合物的天下,这其中经历了什么故事?而我国憋足大招准备在第三半导体材料方面弯道超车是否现实?

 

本期《趣科技》就来讲讲半导体材料的故事,从第一、二代走过,第三代半导体材料将讲述怎样的未来。

 

第一代半导体材料
20世纪50年代,锗(Ge)站在光鲜的舞台上,应用于低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中,但锗半导体器件在耐高温与抗辐射方面却存在大大的短板,所以在60年代便把主导地位让给了硅。含量丰富、绝缘性好、提纯结晶简单,硅是至今应用最多的一种半导体材料主要应用于数据运算等领域。

 

第二代半导体材料
随着科技需求的日益增加,硅传输速度慢、功能单一的不足便暴露了出来,于是化合物半导体材料应运而生。20世纪90年代,搭上移动通信、光纤通信的顺风车,以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料逐渐登上舞台,其中以砷化镓技术最为成熟。适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料,主要应用于通信领域,比如卫星通讯、移动通讯、光通信、GPS导航等。

 

第三代半导体材料
然而随着半导体器件应用领域的不断扩大,特别是特殊场合要求半导体能够在高温、强辐射、大功率等环境下依然坚挺,第一、二代半导体材料便无能为力,于是第三代半导体材料——宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2ev)成为被关注的重点,主要包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAS)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN),较为成熟的是碳化硅和氮化镓被称为第三代半导体材料的双雄,而氧化锌、金刚石、氮化铝的研究尚属起步阶段。

 

第三代半导体材料的崛起还有另外一个契机,半导体材料在生产中的主要污染物有GaAs、Ga3+、In3+等,而随着环保绿色概念的推广,人们试图找寻一种既能满足产品需求,又能不污染环境的新型半导体材料,于是目光投向了有机半导体(在半导体材料中渗入有机材料如C和N),GaN、SiC成为新星。

 

如今,以第三代半导体材料为基础的新兴技术正迅速崛起,抢占第三代半导体材料技术的高地也愈发激烈。第三代半导体材料为何如此耀眼,又将掀起一场怎样的技术革命呢?

 

材料特性
第三代半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高及抗辐射能力强的等优点。第三代半导体材料还具有发光效率高、频率高等特点,从而在一些蓝、绿、紫光的发光二极管、半导体激光器等方面有着广泛的应用,且在跃迁时放出光子的能量高,因此会有较高的光发射效率,光子发射的频率也较高。


下图为第一、二、三代主要半导体材料的基本性能对比。



SiC是一种天然超晶格,又是一种典型的同志多型体。由于Si与C双原子层堆积序列的差异会导致不同的晶体结构,因此SiC有着超过200种(目前已知)同质多型族,最被人熟知的便是立方密排的3C-SiC和六方密排的2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC。



 

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

作者简介
赵碧莹
赵碧莹

与非网编辑,网名小老虎。通信工程专业出身,喜欢混迹在电子这个大圈里。曾经身无技术分文,现在可以侃侃电子圈里那点事。喜欢和学生谈谈心情、聊聊理想,喜欢和工程师谈谈生活、聊聊工作。不求技术“上进”,只求结交“贵圈”的朋友!

继续阅读
ROHM 扩展SiC MOSFET产品线 满足汽车电子标准

全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都)面向车载充电器和DC/DC转换器※1)又推出SiC MOSFET※3)“SCT3xxxxxHR系列”共10个机型,该系列产品支持汽车电子产品可靠性标准AEC-Q101※2),而且产品阵容丰富,拥有13个机型。

UnitedSiC宣布推出用于低功率 AC-DC反激式转换器的SiC JFET系列

碳化硅(SiC)功率半导体制造商UnitedSiC宣布已经推出一系列适用于与具备内置低压MOSFET的控制器IC共同封装的SiC JFET晶片,由此可制造出速度极快,基于共源共栅的20~100W反激式产品

UnitedSiC推出SiC JFET系列简化设计,待机零功耗

美国加州Anaheim应用电源电子会议(APEC),美国新泽西州普林斯顿 --- 碳化硅(SiC)功率半导体制造商UnitedSiC宣布已经推出一系列适用于与具备内置低压MOSFET的控制器IC共同封装的SiC JFET晶片,由此可制造出速度极快,基于共源共栅的20~100W反激式产品。

VisIC公司推出最小GaN车载充电器参考设计

在快速发展的汽车、数据中心及工业电机市场当中,VisIC科技有限公司是氮化镓 (GaN) 功率半导体器件方面的一个领导者。

小身材高效率,EPC推出氮化镓场效应晶体管EPC2052

宜普电源转换公司(EPC)宣布推出面向48V-12VDCDC功率转换器,这些新一代氮化镓场效应晶体管工作在500kHz频率下,可实现超过97%的效率。如果工作在1MHz时,则实现超过96%的效率。

更多资讯
谁家AGV移动机器人在慕展上最抢眼?

近日,慕尼黑上海电子展(electronica China)在上海新国际博览中心盛大举行,其中AGV移动机器人产品格外抢眼,国内外主流厂商齐聚,纷纷演示移动机器人的创新技术和其在电子行业的应用解决方案。

人脸识别大数据系统未来的三个发展趋势

随着机器视觉技术及其相关技术的不断提升,无论是图像结构化的算法还是算力均在进步,虽然算法的进步已有限。而人工智能技术的螺旋上升极有可能会将技术热点从图像识别带入到机器人、语言识别、自然语言处理和专家系统这四个大领域中。

李飞飞发话:智能机器要以人为本,怀有善意

斯坦福利用HAI评估智能机器对人类生活所造成的影响,包括机器自动化取代了部分人力工作,算法引起的性别和种族偏见,医疗、教育和司法系统中存在的AI问题。

AI让虚拟人有了感情,到底是谁侵入谁的生活

很多人认为,这是人工智能介入了艺术创作。但归根结底,它还是微软小冰的老本行——情感陪伴,都是“无用之用”。如果你不曾热烈地爱过某部作品,你或许也理解不了粉丝和“纸片人”互动的诉求。

厂商竞逐智慧工厂,ADI如何凸显实力

有别于去年汽车主题扎堆,今年3月20日~22日开展的慕尼黑上海电子展上,工业成为最大看点。除了主力半导体厂商重点展位的卖力吆喝,今年的慕展还开设了智慧工厂专区,多家工业半导体领域的实力派同台竞技,作为老牌厂商,ADI也带来了几款针对工业4.0的解决方案。

电路方案