分立器件
碳化硅SIC
存儲方案
新聞中心
從能帶角度看三個半導(dǎo)體材料時代
發(fā)表時間：2024-01-05
瀏覽量： 1887
大家都知道，第一代半導(dǎo)體材料是硅，主要解決數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲的問題；第二代半導(dǎo)體是以砷化鎵為代表，它被應(yīng)用到于光纖通訊，主要解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}；第三代半導(dǎo)體則是以氮化鎵為代表的一系列相關(guān)產(chǎn)品，尤其是氮化鎵，它在電和光的轉(zhuǎn)化方面性能突出。
之前金譽(yù)半導(dǎo)體提過，第三代半導(dǎo)體材料在大功率、高溫、高頻、抗輻射的微電子領(lǐng)域，以及短波長光電子領(lǐng)域，這些特點明顯優(yōu)于硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等第一代和第二代半導(dǎo)體材料的性能。第三代半導(dǎo)體材料正在成為搶占下一代信息技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)及國防安全技術(shù)的戰(zhàn)略制高點，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。
第三代半導(dǎo)體樹狀圖
從能帶角度看，同樣可以劃分為三個半導(dǎo)體材料時代。
第一代半導(dǎo)體材料以硅和鍺等元素半導(dǎo)體材料為代表。其典型應(yīng)用是集成電路，主要應(yīng)用于低壓、低頻、低功率晶體管和探測器中，在未來一段時間，硅半導(dǎo)體材料的主導(dǎo)地位仍將存在。但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻電子器件上的應(yīng)用，如其間接帶隙的特點決定了它不能獲得高的電光轉(zhuǎn)換效率。且其帶隙寬度較窄（1.12 eV）飽和電子遷移率較低（1450 cm2/V·s），不利于研制高頻和高功率電子器件。
第二代半導(dǎo)體材料以砷化鎵和磷化銦（InP）為代表。砷化鎵材料的電子遷移率是硅的6倍，具有直接帶隙，故其器件相對硅器件具有高頻、高速的光電性能，公認(rèn)為是很合適的通信用半導(dǎo)體材料。同時，其在軍事電子系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛且不可替代。
然而，其禁帶寬度范圍僅涵蓋了1.35 eV（InP）～2.45 eV（AlP），只能覆蓋波長506～918 nm的紅光和更長波長的光，而無法滿足中短波長光電器件的需要。由于第二代半導(dǎo)體材料的禁帶寬度不夠大，擊穿電場較低，極大的限制了其在高溫、高頻和高功率器件領(lǐng)域的應(yīng)用。另外由于GaAs材料的毒性可能引起環(huán)境污染問題，對人類健康存在潛在的威脅。
第三代半導(dǎo)體材料是指Ⅲ族氮化物（如氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）等）、碳化硅、氧化物半導(dǎo)體（如氧化鋅（ZnO）、氧化鎵（Ga2O3）、鈣鈦礦（CaTiO3）等）和金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性質(zhì)，因此采用第三代半導(dǎo)體材料制備的半導(dǎo)體器件不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，而且在高電壓、高頻率狀態(tài)下更為可靠，此外還能以較少的電能消耗，獲得更高的運(yùn)行能力。
服務(wù)熱線： 0755-83261303
郵箱：ht@htsemi.com
地址：深圳市龍華區(qū)大浪街道浪口社區(qū)華昌路315號華昌工業(yè)園
