氮化镓/碳化硅技术真的能主导我们的生活方式?_亚博APP安全有保障
发布时间:2021-07-30  

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全球有40%的能量作为电能被消耗了,而电能切换仅次于力学系统是半导体功率器件。我国作为世界能源消费大国,如何在功率电子方面增大能源消耗出了一个关键的技术难题。

预示着第三代半导体电力电子器件的问世,以碳化硅和氮化镓为代表的新型半导体材料步入了我们的视野。  早在1893年诺贝尔奖获得者法国化学家亨利莫桑(HenriMoissan)在非洲找到了晶莹剔透的碳化硅(SiC)单晶碎片。

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由于SiC是硬度次于金刚石的超硬材料,SiC单晶和多晶材料作为磨料和刀具材料普遍应用于机械加工行业。作为半导体材料应用于,相对于Si,SiC具备10倍的电场强度,低3倍的热导率,长3倍禁带宽度,低一倍的饱和状态迁入速度。  非常简单来说,SiC半导体材料在三个方面被指出具备相当大的市场潜力:SiC同质外延用作低电压大功率电力电子器件;低压SiC基体材料用作生长GaNHEMT射频器件;在SiC基体材料上生长GaNLED高亮度LED外延。

  从80年代开始以美国CREE公司为代表的国际企业就开始专心于半导体应用于的SiC材料商用化的研发。2000年起英飞凌首先研发出有600VSiC肖特基二极管(SBD)与其COOLMOS设施用于与通讯电源的PFC应用于冲破了SiC电力电子器件市场化的幕布。随后CREE,ST,罗姆等企业也争相发售了SBD的全系列产品。

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从2014年开始CREE,罗姆,GE开始在市场上推展MOSFET器件。  氮化镓(GaN)因为缺少适合的单晶衬底材料,基本上是在蓝宝石,SiC或者Si的基板材料上使用MOCVD或者MBE等外延技术生长出有基本的器件结构,由于是异质外延,因此材料缺失较为多,晶格密度较为大,在上世纪90年代以前发展缓慢。转入90年代以后,日本在LED应用于技术上获得了极大的进展,特别是在中国大陆在过去10多年LED市场的高速发展,造就了GaN材料产业的产业化进程。

  由于CREE在电力电子用碳化硅材料和器件的独占地位被迫很多功率企业采行GaN技术路线作为下一代功率半导体器件的发展方向。为了降低成本,基本上使用Si衬底上生长GaN外延并使用成熟期的CMOS相容工艺制取器件。

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近年来GaN的单晶基体材料也有了突破进展,早已需要生长出有2英寸外延。美国曾多次有一家企业AVOGY曾多次企图使用GaN同质外延生产PIN功率二极管和其他电源管,但是由于材料成本便宜,并不顺利。目前GaN单晶材料主要还是用作光电器件,比如激光器和太赫兹等领域。

  SiC和GaN电力电子器件由于本身的材料特性,各自都有各自的优点和不成熟期处,因此在应用于方面有区别。【亚博APP安全有保障】。

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