Каква е индустрията за полупроводници от трето поколение?

Полупроводниковите материали могат да бъдат класифицирани в три поколения в хронологичен ред. Първото поколение се състои от общи елементарни материали като германий и силиций, които се характеризират с удобно превключване и обикновено се използват в интегрални схеми. Полупроводьорите от второ поколение, като галиев арсенид и индиев фосфид, се използват главно в луминисцентни и комуникационни материали. Полупроводниците от трето поколение включват главно сложни полупроводници катосилициев карбиди галий нитрид, както и специални елементи като Diamond. С отличните си физически и химични свойства, силиконовите карбидни материали постепенно се прилагат в полетата на мощността и радиочестотните устройства.

Полупроводниците от трето поколение имат по-добро издържане на напрежението и са идеални материали за устройства с висока мощност. Полупроводниците от трето поколение се състоят главно от силициев карбид и материали на галий нитрид. Ширината на лентата на SIC е 3.2ev, а тази на GAN е 3.4EV, което далеч надвишава ширината на лентата на SI при 1.12EV. Тъй като полупроводниците от трето поколение обикновено имат по-широка пропаст в лентата, те имат по-добро съпротивление на напрежението и топлинна устойчивост и често се използват в устройства с висока мощност. Сред тях силициевият карбид постепенно влиза в мащабно приложение. В областта на захранващите устройства диодите на силициев карбид и MOSFET са започнали търговско приложение.

Захранващите устройства, направени със силициев карбид, тъй като субстратът има повече предимства в работата в сравнение с устройствата за захранване на силиций: (1) по-силни характеристики с високо напрежение. Силата на електрическото поле на разрушаването на силициевия карбид е повече от десет пъти по-голяма от тази на силиций, което прави устойчивостта на високо напрежение на устройствата за силициев карбид значително по-висока от тази на същите силиконови устройства. (2) По-добри характеристики с висока температура. Силиконов карбид има по -висока топлинна проводимост от силиций, което улеснява устройствата да разсейват топлината и да позволят по -висока крайна температура на работа. Високотемпературната устойчивост може значително да увеличи плътността на мощността, като същевременно намалява изискванията за системата за разсейване на топлина, което прави терминала по-лек и по-малък. (3) По -ниска загуба на енергия. Силиконов карбид има скорост на наситеност на електрон два пъти по-голям от тази на силиций, което прави устройствата за силиконов карбид да имат изключително ниска устойчивост и ниска загуба. Силиконов карбид има ширина на лентата три пъти по -голяма от тази на силиций, което значително намалява тока на изтичане на устройства с силициев карбид в сравнение със силиконовите устройства, като по този начин намалява загубата на мощност. Устройствата за силициев карбид нямат текущо опашка по време на процеса на изключване, имат ниски загуби на превключване и значително увеличават честотата на превключване в практическите приложения.

Според съответните данни, съпротивата на MOSFET на базата на силициев карбид със същата спецификация е 1/200 от тези на MOSFET на базата на силиций, а размерът им е 1/10 от този на MOSFET на базата на силиций. За инверторите със същата спецификация общата загуба на енергия на системата, използваща MOSFET на базата на силициев карбид, е по-малка от 1/4 в сравнение с тази, използваща IGBT на базата на силиций.

Според разликите в електрическите свойства, субстратите на силициев карбид могат да бъдат класифицирани в два вида: полуизолирани силиконови карбидни субстрати и проводими силициеви карбидни субстрати. Тези два типа субстрати, следЕпитаксиален растеж, се използват съответно за производство на дискретни устройства като захранващи устройства и радиочестотни устройства. 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. Проводимите субстрати на силициев карбид се използват главно при производството на захранващи устройства. За разлика от традиционния производствен процес на силиконови устройства за захранване, захранващите устройства със силициев карбид не могат да бъдат директно изработени на субстрати от силициев карбид. Вместо това трябва да се отглежда епитаксиален слой от силициев карбид върху проводим субстрат, за да се получи епитаксиална вафла от силициев карбид, а след това на Schottky диоди, MOSFET, IGBTS и други устройства за захранване могат да бъдат произведени на епитаксиалния слой.