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    广东南粤风彩36选7开奖: 一文读懂第三代半导体材料的特性、应用

    2018-11-21 13:04:47 来源:芯师爷
    标签:

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    导语

    半导体材料是半导体产业发展的基础,20世纪30年代才被科学界所认可。随着半导体产业的发展,半导体材料也从一代、二代发展到现在的第三代,本文着重分析第三代半导体材料的特性、应用,以及我国第三代半导体材料发展面临的机遇和挑战。

     

    作为一种20世纪30年代才被科学界所认可的材料—半导体,其实它的定义也很简单。众所周知,物资存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等,其中导电性差或不好的材料,称为绝缘体;反之,导电性好的称为导体。因此,半导体是介于导体和绝缘体之间的材料。

     

    半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键。作为共价键特征的典型是在晶格结构上表现为四面体结构,所以典型的半导体材料具有金刚石或闪锌矿(ZnS)的结构。

     

    由于地球的矿藏多半是化合物,所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很早就用于无线电检波,氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器,闪锌矿(ZnS)是熟知的固体发光材料,碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早被利用。

     

     

    硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体,曾是固体整流器和光电池的重要材料。元素半导体锗(Ge)放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页,从此电子设备开始实现晶体管化。

     

    中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度(99.999999%~99.9999999%) 的锗开始的。采用元素半导体硅(Si)以后,不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高,而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。

     

    随着半导体产业的发展,半导体材料也在逐渐发生变化,迄今为止,半导体材料大致经历了三代变革。现在跟随芯师爷,一起去看看第一代半导体材料。

     

    01 第一代半导体材料

    第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗(Ge)元素半导体。它们是半导体分立器件、集成电路和太阳能电池的最基础材料。

     

    金属硅块

     

    几十年来,硅芯片在电子信息工程、计算机、手机、电视、航天航空、新能源以及各类军事设施中得到极为广泛的应用,在人类社会的每一个角落无不闪烁着它的光辉。

     

    02 第二代半导体材料

    第二代半导体材料是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)、磷化铟(InP),以及三元化合物半导体材料,如铝砷化镓(GaAsAl)、磷砷化镓(GaAsP)等?;褂幸恍┕倘芴灏氲继宀牧?,如锗硅(Ge-Si)、砷化镓-磷化镓(GaAs-GaP)等;玻璃半导体(又称非晶态半导体)材料,如非晶硅、玻璃态氧化物半导体等;有机半导体材料,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

     

    第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。随着世界互联网的兴起,这些器件还被广泛应用于卫星通信、移动通信、光通信和GPS导航系统等领域。

     

    03 第三代半导体材料

    第三代半导体材料主要是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带(禁带宽度Eg>2.3eV)的半导体材料。

     

     

    与第一二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2eV),亦被称为高温半导体材料。

     

     

    SiC 正凭借其优良的性能,在许多领域可以取代硅,打破硅基材料本身性能造成的许多局限性。SiC 将被广泛应用于光电子器件、电力电子器件等领域,以其优异的半导体性能在各个现代技术领域发挥其重要的革新作用,应用前景巨大。

     

     

    氮化镓(GaN)是极其稳定的化合物,又是坚硬和高熔点材料,熔点为1700℃。GaN 具有高的电离度,在三五族化合物中是最高的(0.5 或0.43)。在大气压下,GaN 晶体一般是六方纤锌矿结构,因为其硬度大,所以它又是一种良好的涂层?;げ牧?。GaN 具有出色的击穿能力、更高的电子密度和电子速度以及更高的工作温度。

     

    从目前第三代半导体材料和器件的研究来看,较为成熟的是SiC和GaN半导体材料,而氧化锌、金刚石、氮化铝等材料的研究尚属起步阶段。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)——并称为第三代半导体材料的双雄。

     
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