Was ist die Halbleiterindustrie der dritten Generation?

Halbleitermaterialien können in chronologischer Reihenfolge in drei Generationen eingeteilt werden. Die erste Generation besteht aus häufigen Elementmaterialien wie Germanium und Silizium, die durch bequemes Schalten gekennzeichnet sind und im Allgemeinen in integrierten Schaltungen verwendet werden. Die Semikonduktoren der zweiten Generation wie Galliumarsenid und Indiumphosphid werden hauptsächlich in Lumineszenz- und Kommunikationsmaterialien verwendet. Die Halbleiter der dritten Generation umfassen hauptsächlich zusammengesetzte Halbleiter wie z.Undliziumkarbidund Galliumnitrid sowie spezielle Elemente wie Diamond. Mit seinen ausgezeichneten physikalischen und chemischen Eigenschaften werden in den Feldern der Strom- und Funkfrequenzgeräte allmählich Siliziumcarbidmaterialien aufgetragen.

Die Halbleiter der dritten Generation haben eine bessere Spannung und sind ideale Materialien für Hochleistungsgeräte. Die Halbleiter der dritten Generation bestehen hauptsächlich aus Siliziumcarbid- und Galliumnitridmaterialien. Die Bandgap -Breite von SIC beträgt 3,2EV, und die von Gan beträgt 3,4ev, was die Bandlap -Breite von SI bei 1,12ev bei weitem überschreitet. Da die Halbleiter der dritten Generation im Allgemeinen eine breitere Bandlücke haben, haben sie einen besseren Spannungswiderstand und Wärmebeständigkeit und werden häufig in Hochleistungsgeräten verwendet. Unter ihnen hat Siliziumkarbid nach und nach in groß angelegte Anwendung eingetreten. Im Bereich der Stromversorgung haben Siliziumcarbiddioden und MOSFETs eine kommerzielle Anwendung begonnen.

Power-Geräte aus Siliziumcarbid als Substrat haben im Vergleich zu Silizium-Basis-Leistungsgeräten mehr Vorteile: (1) stärkere Hochspannungseigenschaften. Die Breakdown-Elektrofeldstärke von Siliziumcarbid beträgt mehr als zehnmal so hoch wie Silizium, wodurch der Hochspannungswiderstand von Siliziumcarbidgeräten deutlich höher ist als die derselben Siliziumgeräte. (2) Bessere Hochtemperatureigenschaften. Siliziumkarbid hat eine höhere thermische Leitfähigkeit als Silizium, was es den Geräten erleichtert, die Wärme abzuleiten und eine höhere ultimative Betriebstemperatur zu ermöglichen. Hochtemperaturbeständigkeit kann die Leistungsdichte erheblich erhöhen und gleichzeitig die Anforderungen für das Wärmeableitungssystem verringern, wodurch das Klemme leichter und kleiner wird. (3) niedrigerer Energieverlust. Siliziumkarbid hat eine doppelte Sättigungselektronengeschwindigkeit des Siliziums, wodurch Siliziumkarbidgeräte extrem geringe Aufnahmebereich und niedrige Loss aufweisen. Siliziumcarbid hat dreimal so hoch wie bei Silizium, was den Leckstrom von Silizium -Carbid -Geräten im Vergleich zu Siliziumgeräten erheblich reduziert und so den Stromverlust verringert. Silizium-Carbid-Geräte haben während des Abbausverfahrens keine Stromversorgung, haben niedrige Schaltverluste und erhöhen die Schaltfrequenz in praktischen Anwendungen erheblich.

Laut relevanten Daten beträgt der On-Resistenz von MOSFETs auf Siliziumkarbidbasis derselben Spezifikation 1/200 der von Siliziumbasis-MOSFETs, und ihre Größe beträgt 1/10 der von MOSFETs auf Siliziumbasis. Bei Wechselrichtern derselben Spezifikation beträgt der Gesamtenergieverlust des Systems unter Verwendung von MOSFETs auf Siliziumcarbidbasis weniger als 1/4 im Vergleich zu der Verwendung von IGBTs auf Siliziumbasis.

Gemäß den Unterschieden in den elektrischen Eigenschaften können Siliziumkarbidsubstrate in zwei Arten eingeteilt werden: semi-insizierte Siliziumcarbidsubstrate und leitfähige Siliziumcarbidsubstrate. Diese beiden Arten von Substraten danachEpitaxialwachstumwerden jeweils verwendet, um diskrete Geräte wie Leistungsgeräte und Funkfrequenzgeräte herzustellen. Unter ihnen werden semi-insidierende Siliziumcarbidsubstrate hauptsächlich bei der Herstellung von Galliumnitrid-RF-Geräten, optoelektronischen Geräten usw. verwendet, indem Galliumnitrid-Epitaxialschichten auf semi-insistierenden Siliziumkarbidsubstraten angraben, Silizium-Carbid-Basis-Basis-Nitrid-Devithers. Hemt. Leitfähige Siliziumcarbid -Substrate werden hauptsächlich bei der Herstellung von Leistungsgeräten verwendet. Im Gegensatz zum herkömmlichen Herstellungsprozess von Silizium -Leistungsgeräten können Siliziumcarbid -Leistungsgeräte nicht direkt auf Silizium -Carbid -Substraten hergestellt werden. Stattdessen muss eine Silizium -Carbid -Epitaxialschicht auf einem leitenden Substrat gezüchtet werden, um ein Silizium -Carbid -Epitaxialwafer zu erhalten, und dann können Schottky -Dioden, MOSFETs, IGBTs und andere Stromversorgungsgeräte auf der epitaxialen Schicht hergestellt werden.