Care este industria semiconductoarelor de a treia generație?

Materialele semiconductoare pot fi clasificate în trei generații în ordine cronologică. Prima generație este formată din materiale elementare comune, cum ar fi germaniul și siliciul, care sunt caracterizate prin comutarea convenabilă și sunt utilizate în general în circuitele integrate. Semiconductorii compuși de a doua generație, cum ar fi arsenidul de galiu și fosfura de indiu, sunt utilizați în principal în materiale luminescente și de comunicare. Semiconductorii de a treia generație includ în principal semiconductori compuși, cum ar fiCarbură de siliciuși nitrură de galiu, precum și elemente speciale precum Diamond. Cu proprietățile sale fizice și chimice excelente, materialele din carbură de siliciu sunt aplicate treptat în câmpurile dispozitivelor de putere și frecvență radio.

Semiconductorii de a treia generație au o tensiune de rezistare mai bună și sunt materiale ideale pentru dispozitivele de mare putere. Semiconductorii de a treia generație constau în principal din materiale de carbură de siliciu și nitrură de galiu. Lățimea de bandă a SIC este 3.2ev, iar cea a GAN este 3,4ev, care depășește cu mult lățimea de bandă a SI la 1.12ev. Deoarece semiconductorii din a treia generație au, în general, un decalaj mai larg de bandă, au o rezistență la tensiune mai bună și o rezistență la căldură și sunt adesea utilizate în dispozitivele de mare putere. Printre aceștia, carbura de siliciu a intrat treptat în aplicație pe scară largă. În domeniul dispozitivelor electrice, diodele de carbură de siliciu și MOSFET -urile au început aplicarea comercială.

Dispozitivele de alimentare realizate cu carbură de siliciu, deoarece substratul au mai multe avantaje în ceea ce privește performanța în comparație cu dispozitivele de putere bazate pe siliciu: (1) caracteristici mai puternice de înaltă tensiune. Rezistența la câmpul electric de defalcare a carburii de siliciu este de mai mult de zece ori mai mare decât a siliciului, ceea ce face ca rezistența de înaltă tensiune a dispozitivelor de carbură de siliciu să fie semnificativ mai mare decât cea a acelorași dispozitive de siliciu. (2) Caracteristici mai bune la temperaturi ridicate. Carbura de siliciu are o conductivitate termică mai mare decât siliciul, ceea ce face mai ușor pentru dispozitivele de disipare a căldurii și permițând o temperatură de funcționare finală mai mare. Rezistența la temperatură ridicată poate crește semnificativ densitatea puterii, reducând în același timp cerințele pentru sistemul de disipare a căldurii, ceea ce face ca terminalul să fie mai ușor și mai mic. (3) pierderi de energie mai mici. Carbura de siliciu are o viteză de derivă a electronilor de saturație de două ori mai mare decât a siliciului, ceea ce face ca dispozitivele din carbură de siliciu să aibă o rezistență la rezistență extrem de scăzută și o pierdere scăzută. Carbura de siliciu are o lățime de bandă de trei ori mai mare decât cea a siliciului, ceea ce reduce semnificativ curentul de scurgere a dispozitivelor de carbură de siliciu în comparație cu dispozitivele de siliciu, scăzând astfel pierderea de energie. Dispozitivele din carbură de siliciu nu au coadă actuală în timpul procesului de oprire, au pierderi de comutare scăzute și cresc semnificativ frecvența de comutare în aplicații practice.

Conform datelor relevante, rezistența la MOSFET-uri pe bază de carbură de siliciu din aceeași specificație este 1/200 din cea a MOSFET-urilor pe bază de siliciu, iar dimensiunea lor este de 1/10 din cea a MOSFET-urilor pe bază de siliciu. Pentru invertoare din aceeași specificație, pierderea totală de energie a sistemului folosind MOSFET-uri pe bază de carbură de siliciu este mai mică de 1/4 în comparație cu cea folosind IGBT-uri pe bază de siliciu.

Conform diferențelor dintre proprietățile electrice, substraturile de carbură de siliciu pot fi clasificate în două tipuri: substraturi de carbură de siliciu semi-izolat și substraturi de carbură de siliciu conductiv. Aceste două tipuri de substraturi, dupăCreștere epitaxială, sunt utilizate respectiv pentru fabricarea dispozitivelor discrete, cum ar fi dispozitivele electrice și dispozitivele de frecvență radio. Printre acestea, substraturile de carbură de siliciu semi-izolat sunt utilizate în principal la fabricarea dispozitivelor RF de nitrură de galiu, dispozitive optoelectronice, etc. Prin creșterea straturilor epitaxiale de nitru de galiu pe substraturi de carbură de siliciu semi-izolat, pot fi fabricate, care pot fi fabricate în continuare, care pot fi fabricate în continuare. Substraturile conductoare din carbură de siliciu sunt utilizate în principal la fabricarea dispozitivelor electrice. Spre deosebire de procesul tradițional de fabricație al dispozitivelor de alimentare cu siliciu, dispozitivele de alimentare cu carbură de siliciu nu pot fi fabricate direct pe substraturile din carbură de siliciu. În schimb, un strat epitaxial de carbură de siliciu trebuie să fie cultivat pe un substrat conductiv pentru a obține o placă epitaxială din carbură de siliciu, apoi pot fi fabricate diode Schottky, MOSFET, IGBT și alte dispozitive de alimentare pe stratul epitaxial.