Почему полупроводники третьего поколения так популярны? 4 изображения, чтобы мгновенно понять ключевые технологии GaN и SiC.

Полупроводники третьего поколения в настоящее время являются самой горячей темой в области высоких технологий, играя незаменимую роль в развитии 5G, электромобилей, возобновляемых источников энергии и промышленности 4.0Несмотря на то, что мы часто слышим об этих разработках, многие люди все еще имеют лишь смутное понимание их. Так что же именно такое полупроводники третьего поколения?Мы предоставим наиболее простой и всеобъемлющий взгляд, чтобы помочь вам понять эту ключевую технологию, которая готова сформировать будущее технологической индустрии..

Что такое полупроводники третьего поколения и широкополосные?

Когда мы говорим о полупроводниках третьего поколения, давайте сначала кратко познакомимся с первым и вторым поколениями.полупроводником первого поколения является кремний (Si), а полупроводником второго поколения является арсенид галлия (GaAs)." WBG) включает карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN).

"Линия" в полупроводниках с широкой полосой пропускания представляет собой "линию энергии, необходимую полупроводнику для перехода от изоляционного к проводящему состояниям".

Кремний и арсенид галлия, как полупроводники первого и второго поколений, имеют низкие пробелы, с значениями 1,12 eV и 1,43 eV соответственно.пробелы полупроводников SiC и GaN третьего поколения (широкопробежные) составляют 3Поэтому, подвергаясь высоким температурам, давлениям или токам,полупроводники третьего поколения менее склонны к переходу от изоляционного к проводящему состояния по сравнению с первым и вторым поколениямиОни демонстрируют более стабильные характеристики и лучшие возможности преобразования энергии.

Общие заблуждения о полупроводниках третьего поколения

С появлением эры 5G и электромобилей спрос на высокочастотные, высокоскоростные вычисления и быструю зарядку увеличился.Кремний и галлиевый арсенид достигли своих температурных пределов.Кроме того, при эксплуатационных температурах, превышающих 100 градусов, первые два поколения продуктов более подвержены отказу,что делает их непригодными для суровой средыС глобальным акцентом на выбросы углерода, высокоэффективные, низкоэнергетические полупроводники третьего поколения стали новыми фаворитами эпохи.

Полупроводники третьего поколения могут поддерживать отличную производительность и стабильность даже при высоких частотах.и быстрое рассеивание теплаПри значительном сокращении размера чипов они помогают упростить проектирование периферийных схем, тем самым уменьшая объем модулей и систем охлаждения.

Многие люди ошибочно полагают, что полупроводники третьего поколения накапливаются из технологических достижений первого и второго поколений, но это не совсем так.Как показано на диаграмме, эти три поколения полупроводников фактически разрабатывают технологии параллельно.

SiC и GaN имеют свои преимущества и различные области развития.

После понимания различий между первыми тремя поколениями полупроводников мы сосредоточимся на материалах третьего поколения полупроводников - SiC и GaN.Эти два материала имеют несколько разные области примененияВ настоящее время компоненты GaN обычно используются в областях с напряжением ниже 900 В, таких как зарядные устройства, базовые станции и другие высокочастотные продукты, связанные с коммуникациями 5G; SiC,с другой стороны, используется в приложениях с напряжением более 1200 В, таких как электромобили.

SiC состоит из кремния (Si) и углерода (C), с сильной связью и стабильностью с точки зрения тепла, химии и механики.SiC подходит для высоковольтных и высокоточных приложений, такие как электромобили, инфраструктура зарядки электромобилей, оборудование для производства солнечной и морской ветровой энергии.

Кроме того, сам SiC использует технологию "гомогенной эпитаксии", поэтому он имеет хорошее качество и высокую надежность компонентов.,Поскольку это вертикальное устройство, у него высокая плотность мощности.

В настоящее время система питания электромобилей в основном работает в диапазоне от 200 до 450 В, а модели более высокого класса в будущем перейдут к 800 В, что сделает его основным рынком для SiC.Изготовление SiC-вафры сложно, с высокими требованиями к источнику кристалла длинного кристалла, который нелегко получить.сложность технологии длинных кристаллов означает, что крупномасштабное производство все еще не осуществимо в настоящее время, которые будут более подробно рассмотрены позже.

GaN - это боковой компонент, который растет на разных субстратах, таких как SiC или Si, с использованием технологии "гетерогенной эпитаксии".Такие тонкие пленки GaN имеют относительно низкое качество.Хотя в настоящее время они используются в потребительских областях, таких как быстрая зарядка, есть некоторые сомнения относительно их использования в электромобилях или промышленных приложениях.Это тоже направление, которое производители стремятся прорвать..

Области применения GaN включают высоковольтные устройства питания (Power) и высокочастотные компоненты (RF).в то время как широко используемые технологии, такие как Bluetooth, Wi-Fi и GPS-позиционирование являются примерами компонентов радиочастот RF.

С точки зрения технологии субстратов, стоимость производства GaN-субстратов относительно высока, поэтому компоненты GaN в основном основаны на кремниевых субстратах.В настоящее время доступные на рынке GaN-устройства для питания производятся с использованием двух типов пластинок.: GaN-on-Si (нитрид галлия на кремнии) и GaN-on-SiC (нитрид галлия на карбиде кремния).

Общеизвестные приложения технологий процесса GaN, такие как радиочастотные устройства GaN RF и PowerGaN, получены из технологии GaN-on-Si-substrate.из-за сложностей в производстве карбидных кремниевых субстратов (SiC), технология контролируется в основном несколькими международными производителями, такими как Cree и II-VI в Соединенных Штатах и ROHM Semiconductor.