Aký je polovodičový priemysel tretej generácie?

Materiály polovodičov možno klasifikovať do troch generácií v chronologickom poradí. Prvá generácia pozostáva zo spoločných elementárnych materiálov, ako sú germánium a kremík, ktoré sa vyznačujú pohodlným prepínaním a všeobecne sa používajú v integrovaných obvodoch. Polovodiče druhej generácie, ako je gallium arzenid a fosfid india, sa používajú hlavne v luminiscenčných a komunikačných materiáloch. Polovodiče tretej generácie zahŕňajú hlavne zložené polovodiče, ako napríkladkarbid kremíkaa nitrid gália, ako aj špeciálne prvky ako Diamond. Vďaka svojim vynikajúcim fyzikálnym a chemickým vlastnostiam sa materiály z karbidu kremíka postupne používajú v oblastiach energie a rádiových frekvenčných zariadení.

Polovodiče tretej generácie majú lepšie vydrhnutie napätia a sú ideálnymi materiálmi pre vysokorýchlostné zariadenia. Polovodiče tretej generácie pozostávajú hlavne z materiálov z karbidu kremíka a nitridu gália. Šírka Bandgap SIC je 3.2ev a šírka GAN je 3,4Ev, čo ďaleko presahuje šírku Bandgap SI pri 1,12EV. Pretože polovodičy tretej generácie majú vo všeobecnosti širšiu medzeru v pásme, majú lepší odpor napätia a tepelný odpor a často sa používajú vo vysokorýchlostných zariadeniach. Medzi nimi kremíkový karbid postupne vstúpil do rozsiahlej aplikácie. V oblasti energetických zariadení začali komerčné aplikácie kremíkových karbidových diód a MOSFET.

Elektrické zariadenia vyrobené s kremíkovým karbidom ako substrát majú vo výkone viac výhod v porovnaní s výkonovými zariadeniami založenými na kremíku: (1) silnejšie charakteristiky vysokého napätia. Silzná sila elektrického poľa kremíka je viac ako desaťnásobok kremíka, čo spôsobuje, že vysokonapäťová odolnosť karbidových zariadení kremíka je výrazne vyššia ako v prípade rovnakých kremíkových zariadení. (2) Lepšie charakteristiky vysokej teploty. Karbid kremíka má vyššiu tepelnú vodivosť ako kremík, čo zariadeniam uľahčuje rozptyľovanie tepla a umožnenie vyššej konečnej prevádzkovej teploty. Vysokoteplotný odpor môže výrazne zvýšiť hustotu energie a zároveň znížiť požiadavky na systém rozptylu tepla, čím sa terminálny a menší a menší. (3) Nižšia strata energie. Karbid kremíka má rýchlosť driftu saturačného elektrónu dvojnásobku rýchlosti kremíka, čo spôsobuje, že zariadenia na karbid kremíka majú extrémne nízku odolnosť voči a nízku stratu. Silikónový karbid má šírku bandgap trikrát šírky kremíka, čo významne znižuje únikový prúd zariadení karbidu kremíka v porovnaní so kremíkovými zariadeniami, čím znižuje stratu energie. Kremíkové karbidové zariadenia nemajú počas procesu vypnutia súčasný chvost, majú nízke straty prepínania a výrazne zvyšujú frekvenciu prepínania v praktických aplikáciách.

Podľa relevantných údajov je rezistencia MOSFET založených na karbidoch na báze kremíka s rovnakou špecifikáciou 1/200 z veľkosti MOSFETS na báze kremíka a ich veľkosť je 1/10 z veľkosti MOSFETS na báze kremíka. V prípade meničov rovnakej špecifikácie je celková energetická strata systému pomocou MOSFET založených na karbidoch kremíka nižšia ako 1/4 v porovnaní s IGBT na báze kremíka.

Podľa rozdielov v elektrických vlastnostiach je možné substráty karbidu kremíka klasifikovať do dvoch typov: polo-izolované substráty karbidu kremíka a vodivé substráty karbidu kremíka. Tieto dva typy substrátov poepitaxný rast, sa používajú na výrobu diskrétnych zariadení, ako sú napájacie zariadenia a rádiové frekvenčné zariadenia. Medzi nimi sa polo izolačné substráty karbidu kremíka používajú hlavne pri výrobe zariadení RF nitridu nitridu gália, optoelektronických zariadení atď. Pestovaním epitridu nitridu gallium-nitridu na semiférich na polizulách, ktoré môžu byť vymyslené kremíkové karbidové substráty, ktoré sa môžu vyvíjať ďalej. Hemt. Vodivé substráty karbidu kremíka sa používajú hlavne pri výrobe energetických zariadení. Na rozdiel od tradičného výrobného procesu kremíkových výkonových zariadení nemožno na substrátoch karbidu kremíka priamo vyrábať. Namiesto toho sa musí na vodivom substráte pestovať epitaxná vrstva kremíka, aby sa získala epitaxná doštička kremíka a potom na epitaxiálnu vrstvu sa môže vyrábať Schottky Diodes, MOSFETS, IGBT a ďalšie elektrické zariadenia.