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    碳化硅與氮化鎵材料的同與不同

    日期:2019年3月22日 14:20

        半導體是一種介于導體與絕緣體之間的材料,它具有導電性可控的特點。當半導體受外界光和熱的刺激時,其導電能力將會有顯著變化,在純凈半導體中加入微量雜質,其導電能力會急劇增強。自科學家法拉第發現硫化銀以來,半導體材料硅、鍺、硼、銻、碳化硅和氮化鎵等相繼被發現與應用。

     


        我們生活的方方面面都離不開半導體技術,電器、燈光、手機、電腦、電子設備等都需要半導體材料制造,碳化硅(SIC)與氮化鎵(GaN)屬于第三代半導體材料,有著非常廣闊的應用前景。

     

    碳化硅與氮化鎵的相同之處

        碳化硅與氮化鎵均屬于寬禁帶半導體材料,它們具有禁帶寬度大、電子漂移飽和速度高、介電常數小、導電性能好的特點。隨著市場對半導體器件微型化、導熱性的高要求,這類材料的市場需求暴漲,適用于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。

     

    碳化硅與氮化鎵的優點與不足

        碳化硅又叫金剛砂,是用石英砂、石油焦、木屑等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物——莫桑石,在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中,碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種。目前我國工業生產的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種,均為六方晶體。

     

        氮化鎵是氮和鎵的化合物,是一種直接能隙的半導體,該化合物結構類似纖鋅礦,硬度很高。氮化鎵的能隙很寬,為3.4電子伏特,可以用在高功率、高速的光電元件中,如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管,可以在不使用非線性半導體泵浦固體激光器的條件下,產生紫光激光。

     

    碳化硅與氮化鎵的應用領域和難點

       碳化硅是當前發展最成熟的寬禁帶半導體材料,世界各國對碳化硅的研究很重視,美歐日等不僅從國家層面上制定了相應的研究規劃。

       碳化硅因具有很大的硬度而成為一種重要的磨料,但其應用范圍卻超過一般的磨料。例如,它所具有的耐高溫性、導熱性而成為隧道窯或梭式窯的首選窯具材料之一,它所具有的導電性使其成為一種重要的電加熱元件等。除此之外,碳化硅材料還可應用于功能陶瓷、耐火材料、冶金原料等應用領域。

       碳化硅器件的發展難題不是設計難題,而是實現芯片結構的制作工藝,如碳化硅晶片的微管缺陷密度、外延工藝效率低、摻雜工藝的特殊要求、配套材料的耐溫等。碳化硅生產的另一個問題是環保,由于碳化硅在冶煉過程中會產生一氧化碳、二氧化硫等有害氣體,同時粉塵顆粒如果處理不當,污染非常嚴重。

    氮化鎵是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料,在光電子、激光器、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。

       氮化鎵材料的發展難題有三個,一是如何獲得高質量、大尺寸的GaN籽晶,因為直接采用氨熱方法培育一個兩英寸的籽晶需要幾年時間;二是對于氮化鎵材料,長期以來由于襯底單晶沒有解決,異質外延缺陷密度相當高,因為氮化鎵極性太大,難以通過高摻雜來獲得較好的金屬-半導體的歐姆接觸,工藝制造較復雜;三是氮化鎵產業鏈尚未完全形成。

     

    碳化硅與氮化鎵的制造工藝

        由于天然含量甚少,碳化硅主要多為人造,常見的方法是將石英砂與焦炭混合,利用其中的二氧化硅和石油焦,加入食鹽和木屑,置入電爐中,加熱到2000°C左右高溫,經過各種化學工藝流程后得到碳化硅微粉。

       法國和瑞士科學家首次使用氮化鎵在(100)-硅(晶體取向為100)基座上,成功制造出了性能優異的高電子遷徙率晶體管(HEMTs)。據OFweek電子工程網獲悉,珠海一家公司擁有8英寸硅基氮化鎵量產生產線,這是中國首條實現量產的8英寸硅基氮化鎵生產線。當前氮化鎵的工藝制造難題是薄膜冷卻時受熱錯配應力的驅動下,容易發生破裂或翹曲,成為硅基氮化鎵大英寸化的主要障礙。

     

    碳化硅與氮化鎵或將成半導體市場主流

     

    所屬類別: 行業新聞

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