¿Cuál es la industria de semiconductores de tercera generación?

Los materiales semiconductores se pueden clasificar en tres generaciones en orden cronológico. La primera generación consiste en materiales elementales comunes como germanio y silicio, que se caracterizan por un cambio conveniente y generalmente se usan en circuitos integrados. Los semiconductores compuestos de segunda generación, como el arsenuro de galio y el fosfuro de indio, se utilizan principalmente en materiales luminiscentes y de comunicación. Los semiconductores de tercera generación incluyen principalmente semiconductores compuestos comocarburo de silicioy nitruro de galio, así como elementos especiales como Diamond. Con sus excelentes propiedades físicas y químicas, los materiales de carburo de silicio se aplican gradualmente en los campos de los dispositivos de potencia y radiofrecuencia.

Los semiconductores de tercera generación tienen un mejor voltaje de resistencia y son materiales ideales para dispositivos de alta potencia. Los semiconductores de tercera generación consisten principalmente en materiales de carburo de silicio y nitruro de galio. El ancho de banda de banda de SIC es de 3.2EV, y el de GaN es 3.4EV, que excede con creces el ancho de banda de SI a 1.12EV. Debido a que los semiconductores de tercera generación generalmente tienen una brecha de banda más amplia, tienen una mejor resistencia de voltaje y resistencia al calor, y a menudo se usan en dispositivos de alta potencia. Entre ellos, el carburo de silicio ha ingresado gradualmente una aplicación a gran escala. En el campo de los dispositivos de potencia, los diodos y los MOSFET de carburo de silicio han comenzado la aplicación comercial.

Los dispositivos de potencia hechos con carburo de silicio como sustrato tienen más ventajas en el rendimiento en comparación con los dispositivos de potencia basados ​​en silicio: (1) características de alto voltaje más fuertes. La resistencia al campo eléctrico de la ruptura del carburo de silicio es más de diez veces mayor que la de silicio, lo que hace que la resistencia de alto voltaje de los dispositivos de carburo de silicio sea significativamente mayor que la de los mismos dispositivos de silicio. (2) mejores características de alta temperatura. El carburo de silicio tiene una mayor conductividad térmica que el silicio, lo que facilita que los dispositivos disipan el calor y permitan una temperatura de funcionamiento final más alta. La resistencia a alta temperatura puede aumentar significativamente la densidad de potencia al tiempo que reduce los requisitos para el sistema de disipación de calor, lo que hace que el terminal sea más ligero y más pequeño. (3) Pérdida de energía más baja. El carburo de silicio tiene una velocidad de deriva de electrones de saturación el doble que la de silicio, lo que hace que los dispositivos de carburo de silicio tengan una resistencia extremadamente baja y baja en pérdida. El carburo de silicio tiene un ancho de banda de banda tres veces mayor que el del silicio, lo que reduce significativamente la corriente de fuga de los dispositivos de carburo de silicio en comparación con los dispositivos de silicio, reduciendo así la pérdida de energía. Los dispositivos de carburo de silicio no tienen railing actual durante el proceso de apagado, tienen bajas pérdidas de conmutación y aumentan significativamente la frecuencia de conmutación en aplicaciones prácticas.

Según los datos relevantes, la resistencia a la resistencia de los MOSFET a base de carburo de silicio de la misma especificación es 1/200 de la de los MOSFET basados ​​en silicio, y su tamaño es 1/10 de los de MOSFET basados ​​en silicio. Para los inversores de la misma especificación, la pérdida total de energía del sistema que utiliza MOSFET basados ​​en carburo de silicio es inferior a 1/4 en comparación con la que usa IGBT basada en silicio.

Según las diferencias en las propiedades eléctricas, los sustratos de carburo de silicio se pueden clasificar en dos tipos: sustratos semi-aislantes de carburo de silicio y sustratos conductivos de carburo de silicio. Estos dos tipos de sustratos, despuéscrecimiento epitaxial, se utilizan respectivamente para fabricar dispositivos discretos, como dispositivos de energía y dispositivos de radiofrecuencia. Entre ellos, los sustratos de carburo de silicio semi-aislantes se utilizan principalmente en la fabricación de dispositivos de RF de nitruro de galio, dispositivos optoelectrónicos, etc. mediante el crecimiento de las capas epitaxiales de nitruro de nitruro de galio en sustratos de carburo de silicio semi-insulantes, se pueden fabricar nitruro de hemtides de galio de silicio. Los sustratos conductores de carburo de silicio se utilizan principalmente en la fabricación de dispositivos de energía. A diferencia del proceso de fabricación tradicional de dispositivos de potencia de silicio, los dispositivos de potencia de carburo de silicio no se pueden fabricar directamente en sustratos de carburo de silicio. En cambio, se debe cultivar una capa epitaxial de carburo de silicio en un sustrato conductor para obtener una oblea epitaxial de carburo de silicio, y luego se pueden fabricar diodos de Schottky, MOSFET, IGBTS y otros dispositivos de energía en la capa Epitaxal.