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第三代半导体材料将讲述怎样的未来:leyu乐鱼体育官网入口

发布时间:2022-07-13  点击量:

本文摘要:第一代半导体材料是元素半导体的天下,而第二、三代半导体材料便成化合物的天下,这其中经历了什么故事?

第一代半导体材料是元素半导体的天下,而第二、三代半导体材料便成化合物的天下,这其中经历了什么故事?而我国憋足大讨打算在第三半导体材料方面急弯转弯否现实?  2020-03-30 就来讲讲半导体材料的故事,从第一、二代走到,第三代半导体材料将描写怎样的未来。  第一代半导体材料  20世纪50年代,锗(Ge)车站在清纯的舞台上,应用于高压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中,但锗半导体器件在耐高温与抗辐射方面却不存在大大的短板,所以在60年代之后把主导地位让出了硅。含量非常丰富、绝缘性好、制备结晶非常简单,硅是至今应用于最少的一种半导体材料主要应用于数据运算等领域。

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  第二代半导体材料  随着科技市场需求的日益减少,硅传输速度快、功能单一的严重不足之后曝露了出来,于是化合物半导体材料应运而生。20世纪90年代,搭乘上移动通信、光纤通信的顺风车,以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料渐渐攀上舞台,其中以砷化镓技术尤为成熟期。

限于于制作高速、高频、大功率以及闪烁电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及闪烁器件的优良材料,主要应用于通信领域,比如卫星通讯、移动通讯、光通信、GPS导航系统等。  第三代半导体材料  然而随着半导体器件应用领域的不断扩大,尤其是类似场合拒绝半导体需要在高温、强劲电磁辐射、大功率等环境下仍然结实,第一、二代半导体材料之后无能为力,于是第三代半导体材料——长禁带半导体材料(禁带宽度小于2.2ev)沦为被注目的重点,主要还包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAS)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN),更为成熟期的是碳化硅和氮化镓被称作第三代半导体材料的双雄,而氧化锌、金刚石、氮化铝的研究尚属跟上阶段。  第三代半导体材料的兴起还有另外一个契机,半导体材料在生产中的主要污染物有GaAs、Ga3+、In3+等,而随着环保绿色概念的推展,人们企图寻找一种既能符合产品市场需求,又能不污染环境的新型半导体材料,于是目光投向了有机半导体(在半导体材料中渗透到有机材料如C和N),GaN、SiC沦为新星。  如今,以第三代半导体材料为基础的新兴技术于是以很快兴起,守住第三代半导体材料技术的高地也越发白热化。

第三代半导体材料为何如此引人注目,又将引发一场怎样的技术革命呢?  材料特性  第三代半导体材料具备禁带宽度大、穿透电场低、热导率低、电子饱和状态速率低及抗辐射能力强劲的等优点。第三代半导体材料还具备闪烁效率高、频率高等特点,从而在一些蓝、蓝、紫光的发光二极管、半导体激光器等方面具有普遍的应用于,且在光子时释放出光子的能量低,因此不会有较高的光升空效率,光子升空的频率也较高。

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  右图为第一、二、三代主要半导体材料的基本性能对比。  SiC是一种天然超强晶格,又是一种典型的同志多型体。

由于Si与C双原子层冲刷序列的差异不会造成有所不同的晶体结构,因此SiC具有多达200种(目前未知)同质多型族,最被人熟悉的乃是而立方密分列的3C-SiC和六方密排的2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC。  4H-SiC与6H-SiC的带隙是Si的3倍、是GaAs的两倍;穿透电场强度低于Si一个数量级;饱和状态电子漂移速度是Si的2.5倍。  GaN是近于平稳的化合物,又是柔软的高熔点(大约为1700℃)材料,GaN晶体一般是六方纤锌矿结构,原子体积约为GaAs的一半。GaN不受注目的主要原因是它是长禁带与硅或者其他三五价器件比起,氮化镓速度更加慢,穿透电压也更高。

与硅器件比起,GaN在电源切换效率和功率密度上构建了性能的进步。  AlN具备长禁带(6.2eV),低热导率(3.3W/cm?K),且与AlGaN层晶格给定、热膨胀系数给定都更佳,所以AlN是制作先进设备高功率闪烁器件(LED,LD)、紫外探测器以及高功率高频电子器件的理想衬底材料。

  金刚石是未知材料中硬度最低的,禁带宽度大(5.5eV),集力学、电学、热学、声学、光学、耐蚀等出色性能于一身,是目前最有发展前途的半导体材料。


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