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碳化硅与氮化镓的优点与不足

2018-09-28

  半导体是一种介于导体与绝缘体之间的材料,它具有导电性可控的特点。当半导体受外界光和热的刺激时,其导电能力将会有显著变化,在纯净半导体中加入微量杂质,其导电能力会急剧增强。自科学家法拉第发现硫化银以来,半导体材料硅、锗、硼、锑、碳化硅氮化镓等相继被发现与应用。

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  我们生活的方方面面都离不开半导体技术,电器、灯光、手机、电脑、电子设备等都需要半导体材料制造,碳化硅(SIC)与氮化镓(GaN)属于第三代半导体材料,有着非常广阔的应用前景。

  碳化硅与氮化镓的优点与不足

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  碳化硅与氮化镓均属于宽禁带半导体材料,它们具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点。随着市场对半导体器件微型化、导热性的高要求,这类材料的市场需求暴涨,适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。

  碳化硅又叫金刚砂,是用石英砂、石油焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物——莫桑石,在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体。

  氮化镓是氮和镓的化合物,是一种直接能隙的半导体,该化合物结构类似纤锌矿,硬度很高。氮化镓的能隙很宽,为3.4电子伏特,可以用在高功率、高速的光电元件中,如氮化镓可以用在紫光的激光二极管,可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器的条件下,产生紫光激光。

  碳化硅与氮化镓的应用领域和难点

  碳化硅是当前发展最成熟的宽禁带半导体材料,世界各国对碳化硅的研究很重视,美欧日等不仅从国家层面上制定了相应的研究规划,碳化硅材料可应用于功能陶瓷、耐火材料、冶金原料等应用领域。

  碳化硅器件的发展难题不是设计难题,而是实现芯片结构的制作工艺,如碳化硅晶片的微管缺陷密度、外延工艺效率低、掺杂工艺的特殊要求、配套材料的耐温等。

  氮化镓是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,在光电子、激光器、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

  氮化镓材料的发展难题一是如何获得高质量、大尺寸的GaN籽晶,因为直接采用氨热方法培育一个两英寸的籽晶需要几年时间,二是氮化镓产业链尚未完全形成。

  总结:随着国家对第三代半导体材料的重视,近年来,我国半导体材料市场发展迅速。其中以碳化硅与氮化镓为主的材料备受关注。尽管如此,但产业难题仍待解决,如我国材料的制造工艺和质量并未达到世界顶级,材料制造设备依赖于进口严重,碳化硅与氮化镓材料和器件方面产业链尚未形成等,这些问题需逐步解决,方可让国产半导体材料屹立于世界顶尖行列。


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