Что такое полупроводниковая индустрия третьего поколения?

Полупроводниковые материалы могут быть классифицированы на три поколения в хронологическом порядке. Первое поколение состоит из общих элементарных материалов, таких как германия и кремний, которые характеризуются удобным переключением и обычно используются в интегрированных цепях. Соединенные полупроводники второго поколения, такие как арсенид галлия и фосфид индий, в основном используются в люминесцентных и коммуникационных материалах. Полупроводники третьего поколения в основном включают в себя сложные полупроводники, такие какСиликоновый карбиди нитрид галлия, а также специальные элементы, такие как Diamond. Благодаря отличным физическим и химическим свойствам, кремниевые карбидные материалы постепенно применяются в областях мощности и радиочастотных устройств.

Полупроводники третьего поколения имеют лучшее противостояние напряжения и являются идеальными материалами для мощных устройств. Полупроводники третьего поколения в основном состоят из карбида кремниевого карбида и нитрида галлия. Ширина полосовой зоны SIC составляет 3,2V, а ширина GAN - 3,4EV, что намного превышает ширину Bandgap SI при 1.12EV. Поскольку полупроводники третьего поколения, как правило, имеют более широкую запрещенную зону, они имеют лучшую стойкость к напряжению и термостойкость и часто используются на мощных устройствах. Среди них кремниевый карбид постепенно вступил в крупномасштабное применение. В области силовых устройств кремниевые карбидные диоды и MOSFET начали коммерческое применение.

Силовые устройства, изготовленные из карбида из кремния, в качестве субстрата имеют больше преимуществ в производительности по сравнению с энергетическими устройствами на основе кремния: (1) более сильные высоковольтные характеристики. Прочность на электрическом поле силиконового карбида более чем в десять раз больше, чем у кремния, что делает высоковольтный сопротивление кремниевых карбидных устройств значительно выше, чем у тех же кремниевых устройств. (2) Лучшие высокотемпературные характеристики. Кремниевый карбид имеет более высокую теплопроводность, чем кремний, что облегчает для устройств рассеивать тепло и обеспечивать более высокую конечную рабочую температуру. Высокотемпературное сопротивление может значительно увеличить плотность мощности при одновременном снижении требований к системе рассеивания тепла, что делает терминал легче и меньше. (3) Более низкая потери энергии. Кремниевый карбид имеет скорость дрейфа насыщения в два раза больше, чем у кремния, что делает кремниевые карбидные устройства имеют чрезвычайно низкую пристойчивость на притяжении и низкий усыпление. Кремниевый карбид имеет ширину полосы в три раза больше, чем в кремнии, что значительно снижает ток утечки карбидных устройств кремния по сравнению с кремниевыми устройствами, тем самым снижая потерю мощности. Кремниевые карбидные устройства не имеют текущего хвоста во время процесса отключения, имеют низкие потери переключения и значительно увеличивают частоту переключения в практических применениях.

В соответствии с соответствующими данными, устойчивость к кремниевым MOSFET на основе карбида той же спецификации составляет 1/200 от MOSFET на основе кремния, а их размер составляет 1/10 от размера на основе кремния. Для инверторов той же спецификации общая потеря энергии системы с использованием Mosfet на основе карбида кремния составляет менее 1/4 по сравнению с использованием IGBT на основе кремния.

Согласно различиям в электрических свойствах, субстраты карбида кремния могут быть классифицированы на два типа: полупроводящие субстраты карбида кремния и проводящие кремниевые субстраты. Эти два типа субстратов послеЭпитаксиальный рост, соответственно, используются для изготовления дискретных устройств, таких как электростанции и радиочастотные устройства. Среди них полуинтукационные субстраты карбида кремния используются в основном при изготовлении RF-устройств нитрида галлия, оптоэлектронных устройств и т. Д. При выращивании эпитаксиальных слоев нитрида нитрида галлия на полу-изолирующих кремниевых субстратах, которые могут быть приготовлены в дальнейшем, так и могут быть внесены в тупик, такие как гал Glyum-эпитаксиальные галдейные демо-лечения. Проводящие кремниевые карбид -субстраты в основном используются при изготовлении энергосистемы. В отличие от традиционного производственного процесса силиконовых силовых устройств, кремниевые карбидные силовые устройства не могут быть непосредственно изготовлены на субстратах из карбида кремния. Вместо этого необходимо выращивать на кремниевом карбидном эпитаксиальном слое на проводящем субстрате, чтобы получить кремниевую карбидную эпитаксиальную пластину, а затем диоды Шоттки, МОСФЕТЫ, IGBT и другие энергетические устройства могут быть изготовлены на эпитаксиальном слое.