Warum ist der Halbleiter der dritten Generation so beliebt?

Der Halbleiter der dritten Generation ist derzeit das heißeste Thema im Hightech-Bereich und spielt eine unverzichtbare Rolle bei der Entwicklung von 5G, Elektrofahrzeugen, erneuerbaren Energien und Industrie 4.0Auch wenn wir oft von diesen Entwicklungen hören, haben viele Menschen immer noch nur ein vages Verständnis davon.Wir werden Ihnen die einfachste und umfassendste Perspektive geben, um Ihnen zu helfen, diese Schlüsseltechnologie zu verstehen, die die Zukunft der Technologiebranche prägen wird..

Was ist ein Halbleiter der dritten Generation mit breiter Bandbreite?

Wenn wir über Halbleiter der dritten Generation sprechen, lassen Sie uns zuerst kurz die erste und zweite Generation vorstellen.der Halbleiter der ersten Generation ist Silizium (Si)Der Halbleiter der dritten Generation (auch als "Wide-Bandgap-Halbleiter" bezeichnet) ist ein Halbleiter, der in der Regel mit einer Breite-Bandspannung ausgestattet ist." WBG) umfasst Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN).

Der "Bandgap" in Breitband-Halbleitern stellt "die Energielücke dar, die für einen Halbleiter erforderlich ist, um vom isolierenden zum leitenden Zustand zu wechseln".

Silizium- und Galliumarsenid haben als Halbleiter der ersten und zweiten Generation geringe Bandbreiten mit Werten von 1,12 eV bzw. 1,43 eV.die Bandbreiten von Halbleitern der dritten Generation (Wide-Bandgap) SiC und GaN sind 3.2eV bzw. 3.4eV. Wenn sie daher hohen Temperaturen, Druck oder Strömungen ausgesetzt sind,Halbleiter der dritten Generation sind im Vergleich zu Halbleitern der ersten und zweiten Generation weniger wahrscheinlich, von isolierenden zu leitenden Zuständen zu wechseln.Sie weisen stabilere Eigenschaften und eine bessere Energieumwandlung auf.

Häufige Missverständnisse über Halbleiter der dritten Generation

Mit dem Aufkommen des 5G-Zeitalters und des Elektrofahrzeugzeitalters ist die Nachfrage nach Hochfrequenz-, Hochgeschwindigkeits- und Schnellladungen gestiegen.Silizium- und Galliumarsenid haben ihre Temperaturgrenzen erreicht.Außerdem sind bei Betriebstemperaturen über 100°C die ersten beiden Produktgenerationen anfälliger für Ausfälle.die sie für raue Umgebungen ungeeignet machenMit dem weltweiten Fokus auf Kohlenstoffemissionen sind hocheffiziente und energiearmste Halbleiter der dritten Generation zu den neuen Favoriten der Zeit geworden.

Die Halbleiter der dritten Generation können auch bei hohen Frequenzen eine hervorragende Leistung und Stabilität aufrechterhalten.und schnelle WärmeableitungWenn die Chipgrößen stark reduziert werden, helfen sie, das Design von Peripherie-Schaltungen zu vereinfachen und dadurch das Volumen von Modulen und Kühlsystemen zu reduzieren.

Viele Menschen glauben fälschlicherweise, dass Halbleiter der dritten Generation aus den technologischen Fortschritten der ersten und zweiten Generation zusammengesammelt werden, aber das ist nicht ganz wahr.Wie auf dem Diagramm zu sehen, entwickeln diese drei Generationen von Halbleitern tatsächlich Technologien parallel.

SiC und GaN haben jeweils ihre eigenen Vorteile und unterschiedliche Entwicklungsfelder.

Nachdem wir die Unterschiede zwischen den ersten drei Halbleitergenerationen verstanden haben, konzentrieren wir uns dann auf die Materialien der dritten Halbleitergeneration - SiC und GaN.Diese beiden Materialien haben leicht unterschiedliche AnwendungsbereicheDerzeit werden GaN-Komponenten häufig in Bereichen mit Spannungen unter 900 V wie Ladegeräten, Basisstationen und anderen Hochfrequenzprodukten im Zusammenhang mit 5G-Kommunikation verwendet.auf der anderen Seite, wird in Anwendungen mit Spannungen von mehr als 1200 V wie Elektrofahrzeugen verwendet.

SiC besteht aus Silizium (Si) und Kohlenstoff (C), mit starker Bindung und Stabilität in Bezug auf Wärme, Chemie und Mechanik.SiC ist für Hochspannungs- und Hochstromanwendungen geeignet, wie Elektrofahrzeuge, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, Solar- und Offshore-Windenergieanlagen.

Darüber hinaus verwendet SiC selbst die "homogene Epitaxietechnologie", so dass es eine gute Qualität und hohe Zuverlässigkeit der Komponenten aufweist.,Da es sich um ein vertikales Gerät handelt, hat es eine hohe Leistungsdichte.

Derzeit arbeitet das Stromversorgungssystem von Elektrofahrzeugen hauptsächlich zwischen 200 und 450 V, und die höheren Modelle werden sich in Zukunft auf 800 V zubewegen, was sie zum wichtigsten Markt für SiC macht.Die Herstellung von SiC-Wafern ist schwierig, mit hohen Anforderungen an den Quellkristall des Langkristalls, der nicht leicht zu erwerben ist.Die Schwierigkeiten der langen Kristalltechnik bedeuten, dass eine Großproduktion derzeit noch nicht möglich ist., die später näher erläutert wird.

GaN ist eine seitliche Komponente, die auf verschiedenen Substraten wie SiC- oder Si-Substraten mit Hilfe der Technologie der "heterogenen Epitaxie" wächst.Die mit dieser Methode hergestellten GaN-Dünnfolien haben eine relativ schlechte QualitätObwohl sie derzeit in Verbraucherbereichen wie dem Schnellladen eingesetzt werden, gibt es einige Zweifel an ihrer Verwendung in Elektrofahrzeugen oder industriellen Anwendungen.Dies ist auch eine Richtung, in der die Hersteller eifrig durchbrechen wollen..

Die Anwendungsbereiche von GaN umfassen Hochspannungs-Leistungsgeräte (Power) und Hochfrequenzkomponenten (RF).Während allgemein verwendete Technologien wie Bluetooth, Wi-Fi und GPS-Positionierung sind Beispiele für HF-Radiofrequenzkomponenten.

In Bezug auf die Substrattechnologie sind die Produktionskosten von GaN-Substraten relativ hoch, weshalb die GaN-Komponenten hauptsächlich auf Siliziumsubstraten basieren.Die derzeit auf dem Markt erhältlichen GaN-Anlagen werden mit zwei Arten von Wafern hergestellt.: GaN-on-Si (Galliumnitrid auf Silizium) und GaN-on-SiC (Galliumnitrid auf Siliziumkarbid).

Die üblichen Anwendungen der GaN-Prozesstechnologie, wie z. B. GaN-HF-Radiofrequenzgeräte und PowerGaN, werden aus der GaN-on-Si-Substrat-Technologie abgeleitet.aufgrund der Schwierigkeiten bei der Herstellung von Siliziumkarbid-Substraten (SiC), wird die Technologie hauptsächlich von wenigen internationalen Herstellern wie Cree und II-VI in den Vereinigten Staaten und ROHM Semiconductor kontrolliert.