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第三代半導體材料的優勢及應用有哪些

2022-03-23
博研發現隨著化合物半導體制造產業的不斷發展,到目前為止,第一代、第二代半導體材料工藝已經逐漸達到物理“天花板”,想要突破目前技術瓶頸,只能從第三代半導體材料入手,而且在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中,已經將推動“碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體發展”寫入了“科技前沿領域攻關”部分,可見國家對第三代半導體材料的重視程度。
 第三代半導體材料的優勢及應用有哪些
01 那么第三代半導體材料究竟是什么呢?
 
在國際上一般把禁帶寬度(Eg)大于或等于2.3 eV 的半導體材料稱之為寬禁帶半導體材料也稱第三代半導體材料。
 
常見的第三代半導體材料包括:碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、金剛石、氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)等。
 
第一代半導體材料以硅(Si)為代表,經過長期的發展徹底取代了笨重的電子管,從而推動了以集成電路為核心的微電子產品的迅猛發展;
 
第二代半導體材料則以砷化鎵(GaAs)和銻化銦(InSb)等為主,其中磷化銦半導體激光器是光通信系統的關鍵器件,而砷化鎵高速器件更開拓了光纖及移動通信新產業。
 
02 第三代半導體的優勢與特點
 
第三代半導體材料便是以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表,它們不僅在電子遷移率(低壓條件下的高頻工作性能)上高于硅材料,還在飽和飄逸速率(高壓條件下的高頻工作性能)強于硅材料,更有著硅材料無法比擬的禁帶寬度(器件的耐壓性能、最高工作溫度與光學性能),“寬禁帶(Wide Band-Gap,WBG)”也是業內之所以重視第三代半導體材料的原因。
 
高禁帶寬度的好處是,器件耐高壓、耐高溫,并且功率大、抗輻射、導電性能強、工作速度快、工作損耗低。 國內之所以用“代”這個詞來劃分半導體材料,主要是受到半導體材料的大規模應用所推動的第三次產業革命所影響,雖然第三代半導體在高溫、強輻射、大功率等特殊場景中有著非常顯著的優勢,但目前硅材料仍占據市場主導位置,因為硅材料在可靠性和整體性上有著其他半導體材料無法比擬的優勢。
 

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