Qual é a indústria de semicondutores de terceira geração?

Os materiais semicondutores podem ser classificados em três gerações em ordem cronológica. A primeira geração consiste em materiais elementares comuns, como germânio e silício, que são caracterizados por comutação conveniente e geralmente são usados ​​em circuitos integrados. Os semicondutores compostos de segunda geração, como arseneto de gálio e fosfeto de índio, são usados ​​principalmente em materiais luminescentes e de comunicação. Os semicondutores de terceira geração incluem principalmente semicondutores compostos, comocarboneto de silícioe nitreto de gálio, bem como elementos especiais como diamante. Com suas excelentes propriedades físicas e químicas, os materiais de carboneto de silício estão sendo gradualmente aplicados nos campos de potência e dispositivos de radiofrequência.

Os semicondutores de terceira geração têm melhor tensão e são materiais ideais para dispositivos de alta potência. Os semicondutores de terceira geração consistem principalmente em materiais de carboneto de silício e nitreto de gálio. A largura da banda do SiC é 3,2ev, e a de GaN é 3,4ev, que excede em muito a largura da banda de Si a 1,12ev. Como os semicondutores de terceira geração geralmente têm uma lacuna de banda mais ampla, eles têm melhor resistência à tensão e resistência ao calor e são frequentemente usados ​​em dispositivos de alta potência. Entre eles, o carboneto de silício entrou gradualmente a aplicação em larga escala. No campo dos dispositivos de energia, os diodos de carboneto de silício e os MOSFETs iniciaram a aplicação comercial.

Os dispositivos de potência fabricados com carboneto de silício como substrato têm mais vantagens no desempenho em comparação com os dispositivos de energia à base de silício: (1) características de alta tensão mais fortes. A resistência do campo elétrico de ruptura do carboneto de silício é mais de dez vezes a do silício, o que torna significativamente maior a resistência de alta tensão dos dispositivos de carboneto de silício significativamente maior que o dos mesmos dispositivos de silício. (2) melhores características de alta temperatura. O carboneto de silício tem uma condutividade térmica mais alta que o silício, facilitando a dissipação de calor e permitindo uma temperatura operacional final mais alta. A resistência de alta temperatura pode aumentar significativamente a densidade de potência e reduzir os requisitos para o sistema de dissipação de calor, tornando o terminal mais leve e menor. (3) menor perda de energia. O carboneto de silício possui uma taxa de desvio de elétrons de saturação duas vezes a do silício, que faz com que os dispositivos de carboneto de silício tenham uma resistência extremamente baixa e baixa perda. O carboneto de silício tem uma largura de banda três vezes a do silício, que reduz significativamente a corrente de vazamento dos dispositivos de carboneto de silício em comparação com os dispositivos de silício, diminuindo assim a perda de energia. Os dispositivos de carboneto de silício não possuem rejeição de corrente durante o processo de desligamento, têm baixas perdas de comutação e aumentam significativamente a frequência de comutação em aplicações práticas.

De acordo com dados relevantes, a resistência dos MOSFETs à base de carboneto de silício da mesma especificação é 1/200 do dos MOSFETs à base de silício, e seu tamanho é 1/10 dos MOSFETs à base de silício. Para inversores da mesma especificação, a perda total de energia do sistema usando MOSFETs à base de carboneto de silício é menor que 1/4 em comparação com o usando IGBTS baseado em silício.

De acordo com as diferenças nas propriedades elétricas, os substratos de carboneto de silício podem ser classificados em dois tipos: substratos semi-isuladores de carboneto de silício e substratos condutores de carboneto de silício. Esses dois tipos de substratos, depoiscrescimento epitaxial, são usados ​​respectivamente para fabricar dispositivos discretos, como dispositivos de energia e dispositivos de radiofrequência. Among them, semi-insulating silicon carbide substrates are mainly used in the manufacturing of gallium nitride RF devices, optoelectronic devices, etc. By growing gallium nitride epitaxial layers on semi-insulating silicon carbide substrates, silicon carbide-based gallium nitride epitaxial wafers can be fabricated, which can be further made into gallium nitride RF devices such as Hemt. Os substratos condutores de carboneto de silício são usados ​​principalmente na fabricação de dispositivos de energia. Ao contrário do processo de fabricação tradicional dos dispositivos de energia de silício, os dispositivos de energia de carboneto de silício não podem ser fabricados diretamente em substratos de carboneto de silício. Em vez disso, uma camada epitaxial de carboneto de silício precisa ser cultivada em um substrato condutor para obter uma bolacha epitaxial de carboneto de silício e, em seguida, diodos, MOSFETs, IGBTs e outros dispositivos de potência podem ser fabricados na camada epitaxial.