Waarom is de derde generatie halfgeleider zo populair?

De derde generatie halfgeleiders is momenteel het heetste onderwerp op het gebied van hightech en speelt een onmisbare rol in de ontwikkeling van 5G, elektrische voertuigen, hernieuwbare energie en industrie 4.0Hoewel we vaak over deze ontwikkelingen horen, hebben veel mensen er nog steeds slechts een vaag begrip van.We zullen het meest eenvoudige en uitgebreide perspectief bieden om u te helpen deze sleuteltechnologie te begrijpen die de toekomst van de technologie-industrie zal vormgeven..

Wat is een derde generatie halfgeleider met breedband?

Als we het hebben over de derde generatie halfgeleiders, laten we eerst kort de eerste en tweede generatie introduceren.de halfgeleider van de eerste generatie is silicium (Si)De derde generatie halfgeleider (ook wel bekend als "wide-bandgap halfgeleider"," WBG) omvat siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN).

De "bandgap" in breedbandsemiconductoren vertegenwoordigt "de energiekloof die een halfgeleider nodig heeft om van isolerende naar geleidende toestanden over te gaan".

Silicium en gallium arsenide, als halfgeleiders van de eerste en tweede generatie, hebben lage bandgap, met respectievelijk 1,12 eV en 1,43 eV.de bandgap van halfgeleiders van de derde generatie (breedbandgap) SiC en GaN zijn 3.2eV en 3.4eV, respectievelijk.de derde generatie halfgeleiders hebben minder kans om van isolatie naar geleidende toestanden over te gaan in vergelijking met de eerste en de tweede generatieZij vertonen stabielere eigenschappen en een betere vermogen tot energieomzetting.

Veel voorkomende misvattingen over halfgeleiders van de derde generatie

Met de komst van het 5G-tijdperk en het tijdperk van elektrische voertuigen is de vraag naar high-frequency, high-speed computing en fast charging toegenomen.Silicium en gallium arsenide hebben hun temperatuurgrens bereikt.Bovendien zijn de eerste twee generaties producten bij een werktemperatuur van meer dan 100 graden meer vatbaar voor storingen.waardoor ze ongeschikt zijn voor ruwe omgevingenMet de wereldwijde focus op CO2-uitstoot zijn hoog-efficiënte, energiezuinige halfgeleiders van de derde generatie de nieuwe favorieten van het tijdperk geworden.

De derde generatie halfgeleiders kan zelfs bij hoge frequenties uitstekende prestaties en stabiliteit behouden.en een snelle warmteafvoerWanneer de grootte van de chips sterk wordt verminderd, helpen ze bij het vereenvoudigen van het ontwerp van perifere schakelingen, waardoor het volume van modules en koelsystemen wordt verminderd.

Veel mensen geloven ten onrechte dat de halfgeleiders van de derde generatie zijn opgebouwd uit de technologische vooruitgang van de eerste en de tweede generatie, maar dit is niet helemaal waar.Zoals te zien op het diagramDeze drie generaties halfgeleiders ontwikkelen in feite technologieën parallel.

SiC en GaN hebben elk hun eigen voordelen en verschillende ontwikkelingsgebieden.

Na het begrijpen van de verschillen tussen de eerste drie generaties halfgeleiders, richten we ons vervolgens op de materialen van de derde generatie halfgeleiders - SiC en GaN.Deze twee materialen hebben iets verschillende toepassingsgebiedenOp dit moment worden GaN-componenten vaak gebruikt in gebieden met spanningen onder de 900 V, zoals opladers, basisstations en andere hoogfrequente producten die verband houden met 5G-communicatie; SiC,aan de andere kant, wordt gebruikt in toepassingen met spanningen van meer dan 1200 V, zoals elektrische voertuigen.

SiC is samengesteld uit silicium (Si) en koolstof (C), met een sterke binding en stabiliteit in termen van warmte, chemie en mechanica.SiC is geschikt voor hoogspannings- en hoogstroomtoepassingen, zoals elektrische voertuigen, infrastructuur voor het opladen van elektrische voertuigen, zonne- en windenergie op zee.

Bovendien maakt SiC zelf gebruik van "homogene epitaxy"-technologie, waardoor het een goede kwaliteit en een hoge betrouwbaarheid van de onderdelen heeft.,Aangezien het een verticaal apparaat is, heeft het een hoge krachtdichtheid.

Het energiesysteem van elektrische voertuigen werkt momenteel voornamelijk tussen 200 en 450 V, en de hogere modellen zullen in de toekomst naar 800 V gaan, waardoor het de belangrijkste markt voor SiC wordt.De productie van SiC-wafers is moeilijk, met hoge eisen aan het bronkristal van het langkristal, dat niet gemakkelijk te verkrijgen is.de moeilijkheid van de lange kristaltechnologie betekent dat grootschalige productie op dit moment nog steeds niet haalbaar is, die later nader zal worden uitgewerkt.

GaN is een laterale component die groeit op verschillende substraten, zoals SiC- of Si-substraten, met behulp van "heterogene epitaxy"-technologie.De met deze methode geproduceerde dunne GaN-films hebben een relatief slechte kwaliteit.Hoewel ze momenteel worden gebruikt in consumentengebieden zoals snel opladen, zijn er twijfels over hun gebruik in elektrische voertuigen of industriële toepassingen.Dat is ook een richting die fabrikanten graag willen doorbreken..

De toepassingsgebieden van GaN omvatten hoogspanningsstroomapparaten (Power) en hoogfrequente componenten (RF).terwijl veelgebruikte technologieën zoals Bluetooth, Wi-Fi en GPS-positionering zijn voorbeelden van RF-radiofrequentiecomponenten.

Wat de substraattechnologie betreft, zijn de productiekosten van GaN-substraten relatief hoog, waardoor GaN-componenten voornamelijk op silicium-substraten zijn gebaseerd.De op de markt verkrijgbare GaN-aandrijvingstoestellen worden vervaardigd met behulp van twee soorten wafers: GaN-on-Si (galliumnitride op silicium) en GaN-on-SiC (galliumnitride op siliciumcarbide).

De meest voorkomende toepassingen van GaN-procestechnologie, zoals GaN RF-radiofrequentieapparaten en PowerGaN, zijn afgeleid van GaN-on-Si-substraattechnologie.vanwege de moeilijkheden bij de vervaardiging van siliciumcarbide-substraten (SiC), wordt de technologie voornamelijk gecontroleerd door een paar internationale fabrikanten, zoals Cree en II-VI in de Verenigde Staten en ROHM Semiconductor.