可控硅半導(dǎo)體材料硅si與sic碳化硅電學(xué)性能解說
1 半導(dǎo)體材料的發(fā)展
半導(dǎo)體技術(shù)是以半導(dǎo)體材料制作電子器件以及集成電子器件的技術(shù)。1947年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的蕭克萊、巴丁和布拉頓關(guān)于三極管的發(fā)明揭開了半導(dǎo)體技術(shù)迅猛發(fā)展的序幕，自此以后，電子和信息工業(yè)蓬勃發(fā)展。目前半導(dǎo)體工業(yè)的生產(chǎn)總值已超越了汽車、鋼鐵和化學(xué)工業(yè)的總和，成為第一大工業(yè)，對(duì)人們生活的影響已無處不在。
硅(Si)是研究較早的半導(dǎo)體材料，是第一代半導(dǎo)體的代表。半個(gè)多世紀(jì)以來，硅半導(dǎo)體技術(shù)的長足發(fā)展極大地促進(jìn)了電力和電子技術(shù)的進(jìn)步。尤其到了20世紀(jì)70年代，集成電路制造技術(shù)的成熟，奠定了硅在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)中的領(lǐng)軍地位。目前，除了極少數(shù)微波加熱電源還使用真空電子管之外，幾乎所有的電力和電子器件都使用Si材料來制造。尤其在集成電路中，99％以上用的都是Si半導(dǎo)體材料。然而隨著科學(xué)的進(jìn)步和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，Si由于材料本身的特點(diǎn)在某些應(yīng)用領(lǐng)域的局限性逐漸表現(xiàn)出來。例如，其帶隙較窄(～1．12eV)、載流子遷移率和擊穿電場較低等，限制了其在光電子領(lǐng)域以及高頻、高功率器件方面的應(yīng)用L1。
20世紀(jì)后期，無線通信、光纖通信以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速興起，激發(fā)了以砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)為代表的第二代半導(dǎo)體材料的飛速發(fā)展。GaAs的電子遷移率是硅的6倍，是目前最主要的高速和超高速半導(dǎo)體材料，已在高速傳導(dǎo)元器件中得到應(yīng)用。InP由于良好的高頻和高速等特性，成為光纖通訊中的激光源、光纖放大器、多路復(fù)用和信號(hào)分離等器件的關(guān)鍵材料。但是，由于GaAs和InP的熱導(dǎo)率比較低，它們并不能成為電力電子和功率集成電路等器件的最優(yōu)選材料。例如，GaAs的Keyes因子還不到Si的一半，大電流下會(huì)導(dǎo)致GaAs器件的結(jié)溫過高，而不適合做高頻和高溫電子元件。
第三代半導(dǎo)體也稱為寬帶隙半導(dǎo)體(禁帶寬度超過2．0eV)，如金剛石、碳化硅(SiC)、Ⅲ一V族氮化物、Ⅱ一Ⅵ族Zn基化合物及其固溶體等。其中以金剛石、SiC、氮化鎵(GaN)和氧化鋅(ZnO)為第三代半導(dǎo)體的代表材料。寬帶隙使第三代半導(dǎo)體具有許多共同的性能特點(diǎn)，包括高熔點(diǎn)、高臨界擊穿電場、高熱導(dǎo)率、小的介電常數(shù)、大的激子束縛能、大的壓電系數(shù)以及較強(qiáng)的極化效應(yīng)等。
SiC電學(xué)性能
SiC具有較高的臨界擊穿電場、高熱導(dǎo)率和飽和電子遷移率等特點(diǎn)，適合于制造大功率、高溫、高頻和抗輻射的半導(dǎo)體器件。SiC熱導(dǎo)率是si的3倍，SiC材料優(yōu)良的散熱性有助于提高器件的功率密度和集成度。SiC材料形態(tài)決定其禁帶寬度的大小，但均大于si和GaAs的禁帶寬度，降低SiC器件的泄漏電流，加上SiC的耐高溫特性，使得SiC器件在高溫電子工作領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯。因其具有高硬度和高化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，使得SiC材料能勝任惡劣的工作環(huán)境。一維SiC納米材料具有較高的禁帶寬度，可由間接帶隙半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體，高強(qiáng)高韌等特點(diǎn)；適用于制造在惡劣環(huán)境下使用的電子器件。
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環(huán)昕微實(shí)業(yè)
