Dlaczego półprzewodniki trzeciej generacji są tak popularne?

Półprzewodniki trzeciej generacji są obecnie najgorętszym tematem w dziedzinie zaawansowanych technologii, odgrywając niezbędną rolę w rozwoju technologii 5G, pojazdów elektrycznych, energii odnawialnej i przemysłu 4.0Mimo, że często słyszymy o tych rozwojuch, wielu ludzi wciąż ma tylko niejasne zrozumienie o nich.Zapewnimy najprostszą i najbardziej wszechstronną perspektywę, aby pomóc Ci zrozumieć tę kluczową technologię, która jest gotowa kształtować przyszłość przemysłu technologicznego..

Co to jest półprzewodnik trzeciej generacji i szerokopasmowy?

Kiedy mówimy o półprzewodnikach trzeciej generacji, najpierw wprowadźmy krótko pierwszą i drugą generację.półprzewodnik pierwszej generacji to krzem (Si), a półprzewodnikiem drugiej generacji jest arsenek galiu (GaAs)." WBG) obejmuje węglik krzemu (SiC) i azotyn gallu (GaN).

"Różnica pasmowa" w półprzewodnikach szerokopasmowych oznacza "różnicę energetyczną wymaganą przez półprzewodnik do przejścia z stanu izolacyjnego do przewodzącego".

Silikon i arsenek galium, jako półprzewodniki pierwszej i drugiej generacji, mają niskie przepływy pasmowe, o wartościach odpowiednio 1,12 eV i 1,43 eV.przepływy pasmowe półprzewodników SiC i GaN trzeciej generacji (szerokopasmowe) wynoszą 3W związku z powyższym, w przypadku wysokich temperatur, ciśnienia lub prądu,półprzewodniki trzeciej generacji mają mniejsze prawdopodobieństwo przejścia od stanu izolacyjnego do stanu przewodzącego w porównaniu z pierwszą i drugą generacjąWykazują one bardziej stabilne właściwości i lepsze możliwości konwersji energii.

Powszechne nieporozumienia dotyczące półprzewodników trzeciej generacji

Wraz z nadejściem ery 5G i pojazdów elektrycznych wzrósł popyt na wysoką częstotliwość, szybkie obliczenia i szybkie ładowanie.Silikon i arsenek galium osiągnęły swoje limity temperatury.Ponadto, gdy temperatury pracy przekraczają 100 stopni, pierwsze dwie generacje produktów są bardziej podatne na awarie,co czyni je nieodpowiednimi do trudnych warunkówWraz z globalnym skupieniem się na emisji dwutlenku węgla, wysokowydajne, nisko zużywane półprzewodniki trzeciej generacji stały się nowymi ulubionymi.

Półprzewodniki trzeciej generacji mogą zachować doskonałą wydajność i stabilność nawet przy wysokich częstotliwościach.i szybkie rozpraszanie ciepłaKiedy rozmiary chipów są znacznie zmniejszone, pomagają one uprościć projektowanie obwodu obwodowego, zmniejszając tym samym objętość modułów i systemów chłodzenia.

Wiele osób błędnie uważa, że półprzewodniki trzeciej generacji są nagromadzone z postępów technologicznych pierwszej i drugiej generacji, ale nie jest to całkowicie prawdą.Jak widać na wykresie, te trzy pokolenia półprzewodników rozwijają technologie równolegle.

SiC i GaN mają swoje własne zalety i różne obszary rozwoju.

Po zrozumieniu różnic między trzema pierwszymi pokoleniami półprzewodników, skupiamy się na materiałach trzeciej generacji półprzewodników - SiC i GaN.Te dwa materiały mają nieco różne obszary zastosowaniaObecnie komponenty GaN są powszechnie stosowane w dziedzinach o napięciu poniżej 900 V, takich jak ładowarki, stacje bazowe i inne produkty o wysokiej częstotliwości związane z komunikacją 5G;z drugiej strony, jest stosowany w zastosowaniach o napięciu większym niż 1200 V, takich jak pojazdy elektryczne.

SiC składa się z krzemu (Si) i węgla (C), ma silne wiązanie i stabilność pod względem cieplnym, chemicznym i mechanicznym.SiC nadaje się do zastosowań wysokonapięciowych i wysokonapięciowych, takich jak pojazdy elektryczne, infrastruktura ładowania pojazdów elektrycznych, urządzenia wytwarzające energię słoneczną i morską.

Ponadto, SiC sam wykorzystuje technologię "homogenicznej epitaksji", więc ma dobrą jakość i wysoką niezawodność komponentów.,Ponieważ jest to urządzenie pionowe, ma wysoką gęstość mocy.

Obecnie system zasilania pojazdów elektrycznych działa głównie w zakresie od 200 do 450 V, a modele wyższej klasy w przyszłości przejdą w kierunku 800 V, co czyni go głównym rynkiem SiC.Produkcja płytek SiC jest trudna, z wysokimi wymaganiami dla kryształu źródłowego kryształu długiego, który nie jest łatwo uzyskiwany.trudności technologii długokrystalicznej oznaczają, że produkcja na dużą skalę jest nadal niewykonalna., które zostaną szczegółowo omówione później.

GaN jest składnikiem bocznym, który rośnie na różnych substratach, takich jak SiC lub Si, przy użyciu technologii "heterogennej epitaksji".Cienkie folie GaN wytworzone tą metodą mają stosunkowo niską jakość.Chociaż obecnie są one stosowane w obszarach konsumenckich, takich jak szybkie ładowanie, istnieją pewne wątpliwości co do ich stosowania w pojazdach elektrycznych lub zastosowaniach przemysłowych.Co jest również kierunkiem, który producenci pragną przełamać..

Obszary zastosowań GaN obejmują urządzenia zasilania wysokonapięciowego (Power) i komponenty wysokiej częstotliwości (RF).podczas gdy powszechnie stosowane technologie takie jak Bluetooth, Wi-Fi i pozycjonowanie GPS to przykłady komponentów częstotliwości radiowych RF.

Z punktu widzenia technologii substratu koszty produkcji substratu GaN są stosunkowo wysokie, dlatego komponenty GaN są w większości oparte na substratach krzemu.Urządzenia zasilania GaN dostępne obecnie na rynku są wytwarzane z wykorzystaniem dwóch typów płytek: GaN-on-Si (azotyn galliowy na krzemu) i GaN-on-SiC (azotyn galliowy na węglanu krzemu).

Powszechnie słyszalne zastosowania technologii procesów GaN, takie jak urządzenia radiowe GaN RF i PowerGaN, pochodzą z technologii substratu GaN-on-Si.ze względu na trudności związane z wytwarzaniem substratów z węglanu krzemu (SiC), technologia jest kontrolowana głównie przez kilku międzynarodowych producentów, takich jak Cree i II-VI w Stanach Zjednoczonych oraz ROHM Semiconductor.