What is The Third-generation Semiconductor Industry?

Polprevodniške materiale lahko v kronološkem vrstnem redu razvrstimo v tri generacije. Prva generacija je sestavljena iz skupnih elementarnih materialov, kot sta germanium in silicij, za katere je značilno priročno preklapljanje in se običajno uporabljajo v integriranih vezjih. Semimičniki druge generacije, kot sta galijev arsenid in indijev fosfid, se uporabljajo predvsem v luminescentnih in komunikacijskih materialih. Polprevodniki tretje generacije vključujejo predvsem sestavljene polprevodnike, kot soInlicijev karbidin galijev nitrid, pa tudi posebni elementi, kot je Diamond. S svojimi odličnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi se na področju energijske in radiofrekvenčne naprave postopoma uporabljajo materiali iz silicijevega karbida.

Polprevodniki tretje generacije imajo boljše napetost in so idealni materiali za naprave z visoko močjo. Polprevodniki tretje generacije so sestavljeni predvsem iz materialov iz silicijevega karbida in galijevega nitrida. Širina pasu sic je 3,2ev, GAN pa 3,4ev, kar daleč presega širino pasu Si pri 1.12ev. Because the third-generation semiconductors generally have a wider band gap, they have better voltage resistance and heat resistance, and are often used in high-power devices. Med njimi je Silicon karbide postopoma vstopil v obsežno uporabo. Na področju napajalnih naprav so silicijev karbidni diode in MOSFET začeli komercialno uporabo.

Naprave za napajanje, narejene s silikonskim karbidom, kot substrat, imajo več prednosti pri zmogljivosti v primerjavi s silicijevimi močmi: (1) močnejše visokonapetostne značilnosti. Moč razpada električnega polja silicijevega karbida je več kot desetkrat večja od silicija, zaradi česar je visokonapetostna odpornost silicijevih karbidnih naprav bistveno višja kot pri istih silicijevih napravah. (2) Boljše visokotemperaturne značilnosti. Silicijev karbid ima večjo toplotno prevodnost kot silicij, zato naprave olajšajo razprševanje toplote in omogočajo višjo končno delovno temperaturo. Visokotemperaturna odpornost lahko znatno poveča gostoto moči, hkrati pa zmanjša zahteve za sistem disipacije toplote, zaradi česar je končna lažja in manjša. (3) nižja izguba energije. Silicijev karbid ima nasičeno hitrost premikanja elektronov, ki je dvakrat večja od silicija, zaradi česar imajo naprave iz silicijevega karbida izjemno nizko odpornost in nizko izgubo. Silicijev karbid ima širino pasu trikrat več kot silicij, kar znatno zmanjša tok puščanja naprav iz silicijevega karbida v primerjavi s silikonskimi napravami in s tem zniža izgubo moči. Silicon carbide devices do not have current tailing during the turn-off process, have low switching losses, and significantly increase the switching frequency in practical applications.

According to relevant data, the on-resistance of silicon carbide-based MOSFETs of the same specification is 1/200 of that of silicon-based MOSFETs, and their size is 1/10 of that of silicon-based MOSFETs. For inverters of the same specification, the total energy loss of the system using silicon carbide-based MOSFETs is less than 1/4 compared to that using silicon-based IGBTs.

According to the differences in electrical properties, silicon carbide substrates can be classified into two types: semi-insulating silicon carbide substrates and conductive silicon carbide substrates. Ti dve vrsti podlag, poEpitaksialna rast, se uporabljajo za izdelavo diskretnih naprav, kot so napajalne naprave in radiofrekvenčne naprave. 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 naprave, kot je Hemt. Prevodni silicijev karbidni substrati se uporabljajo predvsem pri proizvodnji napajalnih naprav. Unlike the traditional manufacturing process of silicon power devices, silicon carbide power devices cannot be directly fabricated on silicon carbide substrates. Instead, a silicon carbide epitaxial layer needs to be grown on a conductive substrate to obtain a silicon carbide epitaxial wafer, and then Schottky diodes, MOSFETs, IGBTs and other power devices can be manufactured on the epitaxial layer.