Qual è l'industria dei semiconduttori di terza generazione?

I materiali a semiconduttore possono essere classificati in tre generazioni in ordine cronologico. La prima generazione è costituita da materiali elementali comuni come germanio e silicio, che sono caratterizzati da una comoda commutazione e sono generalmente utilizzati nei circuiti integrati. I semiconduttori composti di seconda generazione come l'arsenuro di gallio e il fosfuro di indio sono utilizzati principalmente nei materiali luminescenti e di comunicazione. I semiconduttori di terza generazione includono principalmente semiconduttori composti comecarburo di silicioe nitruro di gallio, nonché elementi speciali come Diamond. Con le sue eccellenti proprietà fisiche e chimiche, i materiali in carburo di silicio vengono gradualmente applicati nei campi dei dispositivi di potenza e radiofrequenza.

I semiconduttori di terza generazione hanno una migliore tensione di resistenza e sono materiali ideali per dispositivi ad alta potenza. I semiconduttori di terza generazione consistono principalmente in materiali in carburo di silicio e nitruro di gallio. La larghezza del gap di banda di SIC è 3.2EV e quella di Gan è 3.4EV, che supera di gran lunga la larghezza del gap di band di SI a 1.12ev. Poiché i semiconduttori di terza generazione hanno generalmente un divario di banda più ampio, hanno una migliore resistenza alla tensione e resistenza al calore e sono spesso utilizzati in dispositivi ad alta potenza. Tra questi, il carburo di silicio è gradualmente entrato in applicazione su larga scala. Nel campo dei dispositivi di alimentazione, i diodi e i MOSFET in carburo di silicio hanno iniziato l'applicazione commerciale.

I dispositivi di potenza realizzati con carburo di silicio come substrato hanno maggiori vantaggi nelle prestazioni rispetto ai dispositivi di alimentazione a base di silicio: (1) caratteristiche più forti ad alta tensione. La resistenza al campo elettrico di rottura del carburo di silicio è più di dieci volte quella del silicio, il che rende la resistenza ad alta tensione dei dispositivi in ​​carburo di silicio significativamente più elevato di quello degli stessi dispositivi di silicio. (2) migliori caratteristiche ad alta temperatura. Il carburo di silicio ha una conduttività termica più elevata rispetto al silicio, rendendo più facile per i dispositivi dissipare il calore e consentire una temperatura operativa finale più elevata. La resistenza ad alta temperatura può aumentare significativamente la densità di potenza riducendo i requisiti per il sistema di dissipazione del calore, rendendo il terminale più leggero e più piccolo. (3) minore perdita di energia. Il carburo di silicio ha una velocità di deriva dell'elettrone di saturazione due volte quella del silicio, il che rende i dispositivi in ​​carburo di silicio hanno una resistenza su on-resistenza estremamente bassa e bassa perdita. Il carburo di silicio ha una larghezza di gap di banda tre volte quella del silicio, che riduce significativamente la corrente di perdita dei dispositivi di carburo di silicio rispetto ai dispositivi di silicio, riducendo così la perdita di potenza. I dispositivi in ​​carburo di silicio non hanno il taglio corrente durante il processo di svolta, hanno basse perdite di commutazione e aumentano significativamente la frequenza di commutazione nelle applicazioni pratiche.

Secondo i dati pertinenti, la resistenza di MOSFET a base in carburo di silicio della stessa specifica è 1/200 di quella dei MOSFET a base di silicio e le loro dimensioni è 1/10 di quella dei MOSFET a base di silicio. Per gli inverter delle stesse specifiche, la perdita di energia totale del sistema utilizzando MOSFET a base in carburo di silicio è inferiore a 1/4 rispetto a quella utilizzando IGBT a base di silicio.

Secondo le differenze nelle proprietà elettriche, i substrati in carburo di silicio possono essere classificati in due tipi: substrati semi-insulato in carburo di silicio e substrati conduttivi in ​​carburo di silicio. Questi due tipi di substrati, dopocrescita epitassiale, sono rispettivamente utilizzati per produrre dispositivi discreti come dispositivi di alimentazione e dispositivi a radiofrequenza. Tra questi, i substrati semi-insulanti in carburo di silicio sono utilizzati principalmente nella produzione di dispositivi RF di nitruro di gallio, dispositivi optoelettronici, ecc. Mediante coltivazione di strati epitassiali di nitruro a base di gallide a base di gallide a base di gallide, che possono essere realizzati ulteriormente a gallide. Hemt. I substrati conduttivi in ​​carburo di silicio sono utilizzati principalmente nella produzione di dispositivi di alimentazione. A differenza del tradizionale processo di produzione dei dispositivi di alimentazione al silicio, i dispositivi di alimentazione in carburo di silicio non possono essere fabbricati direttamente su substrati in carburo di silicio. Invece, uno strato epitassiale in carburo di silicio deve essere coltivato su un substrato conduttivo per ottenere un wafer epitassiale in carburo di silicio, e quindi diodi Schottky, MOSFET, IGBT e altri dispositivi di alimentazione possono essere fabbricati sullo strato epitassiale.