Jaki jest przemysł półprzewodników trzeciej generacji?

Materiały półprzewodników można podzielić na trzy pokolenia w porządku chronologicznym. Pierwsza generacja składa się z wspólnych materiałów elementarnych, takich jak german i krzem, które charakteryzują się wygodnym przełączaniem i są ogólnie stosowane w obwodach zintegrowanych. Związane półprzewodniki drugiej generacji, takie jak arsenid galu i fosfor indu, są stosowane głównie w materiałach luminescencyjnych i komunikacyjnych. Półprzewodniki trzeciej generacji obejmują głównie złożone półprzewodniki, takie jakKrzemowy węgliki azotek galu, a także specjalne elementy, takie jak Diamond. Dzięki doskonałym właściwościom fizycznym i chemicznym materiały z węglików krzemowych są stopniowo stosowane w polach urządzeń o mocy i częstotliwości radiowej.

Półprzewodnicy trzeciej generacji mają lepsze wytrzymanie napięcia i są idealnymi materiałami do urządzeń o dużej mocy. Półprzewodniki trzeciej generacji składają się głównie z materiałów węglików krzemu i azotku galu. Szerokość bandgap SIC wynosi 3,2EV, a GAN wynosi 3,4ev, co znacznie przekracza szerokość Bandgap SI przy 1,12EV. Ponieważ półprzewodnicy trzeciej generacji mają na ogół szerszą szczelinę pasmową, mają lepszą odporność na napięcie i odporność na ciepło i są często stosowane w urządzeniach o dużej mocy. Wśród nich krzemowa węgliek stopniowo wprowadzał zastosowanie na dużą skalę. W dziedzinie urządzeń energetycznych diody z węglików krzemowych i MOSFET rozpoczęły zastosowanie komercyjne.

Urządzenia energetyczne wykonane z węgliku krzemowego jako podłoża mają większe zalety w wydajności w porównaniu z krzemionowymi urządzeniami mocy: (1) silniejsze właściwości wysokiego napięcia. Wytrzymałość na pola elektryczne z węglikiem krzemu jest ponad dziesięć razy większa niż krzem, co sprawia, że ​​oporność wysokiego napięcia urządzeń z węglika krzemu znacznie wyższa niż w przypadku tych samych urządzeń krzemu. (2) Lepsze cechy wysokiej temperatury. Krzem krzemowy ma wyższą przewodność cieplną niż krzem, co ułatwia urządzeniom rozpraszanie ciepła i pozwalając na wyższą ostateczną temperaturę roboczą. Oporność w wysokiej temperaturze może znacznie zwiększyć gęstość mocy przy jednoczesnym zmniejszeniu wymagań dotyczących systemu rozpraszania ciepła, czyniąc końcową lżejszą i mniejszą. (3) niższa utrata energii. Krzem krzemowy ma nasycający prędkość dryfu elektronów dwukrotnie niż krzem, co sprawia, że ​​urządzenia z węglików krzemowych mają wyjątkowo niską oporność i niską przegraną. Krzem krzemowy ma trzykrotnie szerokość bandgap, co znacznie zmniejsza prąd upływowy urządzeń węgla krzemu w porównaniu z urządzeniami krzemu, w ten sposób obniżając utratę mocy. Urządzenia z węglików krzemowych nie mają obecnego ogona podczas procesu wyłączenia, mają niskie straty przełączania i znacznie zwiększają częstotliwość przełączania w praktycznych zastosowaniach.

Zgodnie z odpowiednimi danymi, oporność mosfetów na bazie węgletów krzemowych o tej samej specyfikacji wynosi 1/200 wielkości MOSFET na bazie krzemu, a ich rozmiar wynosi 1/10 wielkości MOSFET na bazie krzemu. W przypadku falowników o tej samej specyfikacji całkowita utrata energii systemu przy użyciu MOSFET opartych na węgliku krzemowym jest mniejsza niż 1/4 w porównaniu z tymi z wykorzystaniem IGBT na bazie krzemu.

Zgodnie z różnicami właściwości elektrycznych substraty z węglików krzemowych można podzielić na dwa typy: półsulujące substraty węgla krzemu i przewodzące substraty węgla krzemu. Te dwa typy substratów, poWzrost epitaksjalny, są odpowiednio używane do produkcji dyskretnych urządzeń, takich jak urządzenia zasilające i urządzenia częstotliwości radiowej. Wśród nich częściowo insylujące substraty z węglików krzemowych są stosowane głównie w produkcji urządzeń RF azotku galu, urządzeń optoelektronicznych itp. Poprzez uprawę warstwy epitaksyjnych azotków galu, które można wytwarzać na pół-insylujące substraty węgla krzemowego, takie jak nabrzeże hałżetowe. Przewodne substraty z węglików krzemowych są wykorzystywane głównie do produkcji urządzeń energetycznych. W przeciwieństwie do tradycyjnego procesu produkcyjnego urządzeń silikonowych, urządzenia z węglika krzemowego nie mogą być bezpośrednio wytwarzane na podłożach z węglika krzemu. Zamiast tego na podłożu przewodzącym należy hodować warstwę epitaksjalną z węglika krzemu, aby uzyskać wafel epitaksjalny węgla krzemu, a następnie diody Schottky, MOSFET, IGBT i inne urządzenia energetyczne można wytwarzać na warstwie epitaxialnej.