صنعت نیمه هادی نسل سوم چیست؟

مواد نیمه هادی را می توان به ترتیب زمانی به سه نسل طبقه بندی کرد. نسل اول از مواد ابتدایی متداول مانند ژرمانیوم و سیلیکون تشکیل شده است که با تعویض راحت مشخص می شوند و به طور کلی در مدارهای یکپارچه استفاده می شوند. نیمه هادی های ترکیبی نسل دوم مانند گالیم آرسنید و ایندیم فسفید عمدتاً در مواد درخشان و ارتباطی مورد استفاده قرار می گیرند. نیمه هادی های نسل سوم عمدتا شامل نیمه هادی های مرکب مانندکاربید سیلیکونو نیترید گالیم و همچنین عناصر ویژه ای مانند الماس. مواد کاربید سیلیکون با خاصیت فیزیکی و شیمیایی عالی خود ، به تدریج در زمینه های دستگاه های قدرت و فرکانس رادیویی اعمال می شوند.

نیمه هادی های نسل سوم ولتاژ بهتری دارند و مواد ایده آل برای دستگاه های با قدرت بالا هستند. نیمه هادی های نسل سوم عمدتا از مواد کاربید سیلیکون و مواد نیترید گالیم تشکیل شده است. عرض Bandgap SIC 3.2EV است و از GAN 3.4EV است که بسیار فراتر از عرض باند Si در 1.12EV است. از آنجا که نیمه هادی های نسل سوم به طور کلی شکاف باند وسیع تری دارند ، از مقاومت ولتاژ و مقاومت در برابر حرارت بهتر برخوردار هستند و اغلب در دستگاه های پر قدرت مورد استفاده قرار می گیرند. در میان آنها ، کاربید سیلیکون به تدریج وارد برنامه های بزرگ شده است. در زمینه دستگاه های برق ، دیودهای کاربید سیلیکون و موزهای کاربردی کاربردی را آغاز کرده اند.

دستگاه های برق ساخته شده با کاربید سیلیکون به عنوان بستر در مقایسه با دستگاه های قدرت مبتنی بر سیلیکون از مزایای عملکرد بیشتری برخوردار هستند: (1) ویژگی های ولتاژ بالاتر. قدرت میدان الکتریکی خرابی کاربید سیلیکون بیش از ده برابر سیلیکون است که باعث می شود مقاومت ولتاژ بالا از دستگاههای کاربید سیلیکون به طور قابل توجهی بالاتر از دستگاههای سیلیکون مشابه باشد. (2) خصوصیات بهتر دمای بالا. کاربید سیلیکون دارای هدایت حرارتی بالاتری نسبت به سیلیکون است و باعث می شود دستگاه ها بتوانند گرما را از بین ببرند و دمای عملیاتی نهایی بالاتر را فراهم کنند. مقاومت در برابر درجه حرارت بالا می تواند ضمن کاهش نیازهای سیستم اتلاف گرما ، چگالی قدرت را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و ترمینال را سبک تر و کوچکتر کند. (3) کاهش انرژی کمتری. کاربید سیلیکون دارای میزان رانش الکترونی اشباع دو برابر سیلیکون است که باعث می شود دستگاه های کاربید سیلیکون دارای مقاومت بسیار کمی در برابر و از دست دادن کم باشند. کاربید سیلیکون دارای عرض باند سه برابر سیلیکون است که به طور قابل توجهی جریان نشت دستگاه های کاربید سیلیکون را در مقایسه با دستگاه های سیلیکون کاهش می دهد و از این طریق کاهش قدرت را کاهش می دهد. دستگاه های کاربید سیلیکون در طی فرآیند خاموش ، دارای خیاطی فعلی نیستند ، ضرر سوئیچینگ کم دارند و فرکانس سوئیچینگ را در برنامه های عملی به میزان قابل توجهی افزایش می دهند.

براساس داده های مربوطه ، مقاومت در برابر MOSFET های مبتنی بر کاربید سیلیکون با همان مشخصات 1/200 از MOSFET های مبتنی بر سیلیکون است و اندازه آنها 1/10 از MOSFET های مبتنی بر سیلیکون است. برای اینورترهای همان مشخصات ، کل از دست دادن انرژی سیستم با استفاده از MOSFET های مبتنی بر کاربید سیلیکون در مقایسه با استفاده از IGBT های مبتنی بر سیلیکون کمتر از 1/4 است.

با توجه به تفاوت در خواص الکتریکی ، بسترهای کاربید سیلیکون را می توان به دو نوع طبقه بندی کرد: بسترهای نیمه کاربید سیلیکون و بسترهای کاربید سیلیکون رسانا. این دو نوع بستر ، پس ازرشد، به ترتیب برای تولید دستگاه های گسسته مانند دستگاه های برق و دستگاه های فرکانس رادیویی استفاده می شوند. در میان آنها ، بسترهای نیمه عاملی سیلیکون کاربید عمدتاً در ساخت دستگاه های گالیم نیترید RF ، دستگاه های نوری و غیره استفاده می شود. همت بسترهای کاربید سیلیکون رسانا عمدتا در ساخت دستگاه های برق استفاده می شود. بر خلاف فرآیند تولید سنتی دستگاه های برق سیلیکون ، دستگاه های برق کاربید سیلیکون نمی توانند مستقیماً روی بسترهای کاربید سیلیکون ساخته شوند. در عوض ، برای به دست آوردن یک ویفر اپیتاکسیال کاربید سیلیکون ، باید یک لایه اپیتاکسیال کاربید سیلیکون بر روی یک بستر رسانا پرورش داده شود ، و سپس دیودهای شاتکی ، MOSFET ها ، IGBT ها و سایر دستگاه های برق را می توان در لایه اپی توپ ساخته کرد.