网站标志
空白边框
 
文章正文
第三代半导体将迎来大爆发?特斯拉电动车里有它,快速充电器里也有它
作者:管理员    发布于:2021-01-29 08:53:14    文字:【】【】【
摘要:日前,阿里巴巴达摩院预测了2021年科技趋势。其中位列第一的是:以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体将迎来应用大爆发。

日前,阿里巴巴达摩院预测了2021年科技趋势。其中位列第一的是:以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体将迎来应用大爆发。

04.png

第三代半导体与前两代有什么不同?为何这两年会成为爆发的节点?第三代半导体之后,什么材料会再领风骚?专家接受了解放日报·上观新闻记者采访。

【什么是区分“第几代”半导体的关键词】

禁带宽度,是用来区分不同代际半导体的关键参数。所谓“禁带”宽度,是从导带底到价带顶之间的能量差值,单位是电子伏特。导体的导带和价带是交叠的,不存在“禁带”。半导体的导带底和价带顶能量错开,存在带隙,就像从1楼到2楼,有个高度差。禁带宽度的大小决定了材料是具有导体、半导体还是绝缘体性质。

第一代半导体以硅为代表,其禁带宽度为1.12电子伏特。沙子和岩石的主要成分就是硅,硅在地壳中的含量位居第二,仅次于氧。硅晶体和器件加工工艺非常成熟,硅半导体集成电路和分立器件应用也很广泛,电脑、手机、冰箱等家电的集成电路都要用到硅材料,汽车、飞机、航天等领域更是离不开硅材料及器件。

第二代半导体以砷化镓为代表,其禁带宽度为1.42电子伏特,比硅更宽。由于第二代半导体电子迁移率更高,电流密度更高,更适合做微波器件应用,被广泛使用在手机、基站和雷达系统的功率放大器中。

【第三代半导体有哪些适用场景】

作为第三代半导体,氮化镓和碳化硅的禁带宽度分别为3.39电子伏特和3.26电子伏特,较高的禁带宽度非常适合高压器件应用。氮化镓电子饱和速度高,是硅的2.5倍,是砷化镓的2倍,非常适合做微波器件,比如手机内的射频前端放大器、5g基站以及微波雷达。微波雷达并不限于应用在航天航空和国防领域,将来在新能源汽车自动驾驶里也有应用潜力,可利用它精确感知障碍物,指导自动驾驶数据及时调整。

此外,氮化镓还可用做功率开关器件,开关速度越快,电源转换系统就可以做得更小,功耗也能降低。手机充电器里就有功率开关器件,可以把220伏的交流电转化为5伏直流电,然后给手机充电。“现在受到欢迎的小型快速充电器,就用了氮化镓功率开关器件,未来还有望用于无线充电器。”

不过,氮化镓也有其局限,需要在蓝宝石、硅、碳化硅等衬底上异质外延生长。由于材料不同,热膨胀系数和晶格常数不匹配,会造成异质外延材料缺陷高。目前,氮化镓微波器件是基于碳化硅衬底再外延氮化镓技术的,击穿电压一般在600伏左右。

这时候,碳化硅的优势就显现出来了。碳化硅晶体可以在碳化硅衬底上同质生长,缺陷密度低,可以充分发挥碳化硅耐高压特性,器件耐压能力很容易达到1200伏-1700伏。碳化硅功率开关器件适合高温、高压、大功率应用场景,未来将与“基于硅的绝缘栅双极晶体管”形成市场竞争,目前主要应用在电动车和充电桩。“碳化硅已经用于特斯拉电动车,将来也适用于电网、机车牵引以及航天航空领域。”

第三代半导体之前限于小范围应用,为何这两年会成为爆发的节点?“其实我国的半导体设计能力并不弱,比如,华为就自主研发了7纳米麒麟芯片。我国的集成电路行业‘短板’主要集中在原材料、设计软件和制造设备上,所以才导致小尺寸硅集成电路加工受制于人。而第三代半导体,器件完全可以采用现有的大尺寸器件加工平台完成,例如,功率开关器件,只需0.35微米-0.5微米加工工艺,制造线稍加改造调整即可。第三代半导体的应用大爆发,也可以看作是‘弯道超车’,希望我们国家在这方面赢得时机,跑在前面。”据介绍,中车集团和上海积塔半导体都在建设6英寸碳化硅生产线。

【第3.5代半导体是什么】

第三代半导体之后,什么材料会再领风骚?“绝缘体的禁带宽度很大,很难通过掺杂使其导电。但近年来随着技术的不断发展,有些绝缘体也可以当作半导体使用,因此被认为是第3.5代半导体。”

比如,金刚石和氮化铝,它们的禁带宽度分别为5.45电子伏特和6.2电子伏特,非常适合于高温、高辐射等极端环境下的功率开关器件应用。“不过,要想合成单晶、大尺寸的金刚石还非常


附件下载:index.php (已下载0次)
联系我们


北京亚太瑞斯会展服务有限公司
手 机:131 2685 0093
邮 箱:462982746@qq.com
传 真:010-5233 8172


联系我们
联系人:胡金财 13126850093(同微信)
电话:010-8620 0056
传真:(010)52338172
E-mail:462982746@qq.com
QQ在线:462982746
电动化 / 网联化 / 智能化
2021北京国际新能源汽车工业展览会
2021年06月09-11日 中国国际博览中心
版权所有
北京亚太瑞斯会展服务有限公司
技术支持:据海网络