Üçüncü nesil yarı iletken endüstrisi nedir?

Yarı iletken malzemeler kronolojik sırada üç nesil olarak sınıflandırılabilir. Birinci nesil, uygun anahtarlama ile karakterize edilen ve genellikle entegre devrelerde kullanılan Almanyum ve silikon gibi ortak elemental malzemelerden oluşur. Galyum arsenit ve indiyum fosfit gibi ikinci nesil bileşik yarı iletkenler esas olarak ışıldayan ve iletişim malzemelerinde kullanılır. Üçüncü nesil yarı iletkenler esas olarak silikon karbür ve galyum nitrür gibi bileşik yarı iletkenleri ve Diamond gibi özel elementleri içerir. Mükemmel fiziksel ve kimyasal özellikleri ile silikon karbür malzemeleri, güç ve radyo frekans cihazları alanlarında yavaş yavaş uygulanmaktadır.

Üçüncü nesil yarı iletkenler voltaja daha iyi dayanır ve yüksek güçlü cihazlar için ideal malzemelerdir. Üçüncü nesil yarı iletkenler esas olarak silikon karbür ve galyum nitrür malzemelerinden oluşur. SIC'nin bant aralığı genişliği 3.2ev ve Gan'ın genişliği 3.4EV'dir, bu da 1.12ev'de Si'nin bant aralığı genişliğini çok aşar. Üçüncü nesil yarı iletkenler genellikle daha geniş bir bant boşluğuna sahip olduğundan, daha iyi voltaj direncine ve ısı direncine sahiptirler ve genellikle yüksek güç cihazlarında kullanılırlar. Bunlar arasında Silikon Karbür yavaş yavaş büyük ölçekli uygulamaya girdi. Güç cihazları alanında, silikon karbür diyotlar ve mosfetler ticari uygulamaya başladı.

Substrat olarak silikon karbür ile yapılan güç cihazları, performansta silikon tabanlı güç cihazlarına kıyasla daha fazla avantaja sahiptir: (1) daha güçlü yüksek voltaj özellikleri. Silikon karbürün arıza elektrik alan mukavemeti, silikonun on katından daha fazladır, bu da silikon karbür cihazlarının yüksek voltaj direncini aynı silikon cihazlardan önemli ölçüde daha yüksek hale getirir. (2) Daha iyi yüksek sıcaklık özellikleri. Silikon karbür, silikondan daha yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir, bu da cihazların ısıyı dağıtmasını kolaylaştırır ve daha yüksek bir nihai çalışma sıcaklığı sağlar. Yüksek sıcaklık direnci güç yoğunluğunu önemli ölçüde artırabilirken, ısı yayılma sistemi için gereksinimleri azaltarak terminali daha hafif ve daha küçük hale getirebilir. (3) Düşük enerji kaybı. Silikon karbür, silikonun iki katı doygunluk elektron sürüklenme oranına sahiptir, bu da silikon karbür cihazlarının dirençli ve düşük kayıplara sahip olmasını sağlar. Silikon karbür, silikonun üç katı bant aralığı genişliğine sahiptir, bu da silikon karbür cihazlarının sızıntı akımını silikon cihazlara kıyasla önemli ölçüde azaltır ve böylece güç kaybını düşürür. Silikon karbür cihazlarında, kapanma işlemi sırasında mevcut kuyruklamaya sahip değildir, düşük anahtarlama kayıplarına sahiptir ve pratik uygulamalarda anahtarlama frekansını önemli ölçüde arttırır.

İlgili verilere göre, aynı spesifikasyondaki silikon karbür bazlı mosfetlerin dirençli, silikon bazlı MOSFET'lerin 1/200'üdür ve boyutları silikon bazlı MOSFET'lerin 1/10'udur. Aynı spesifikasyona sahip invertörler için, silikon karbür bazlı MOSFET'ler kullanan sistemin toplam enerji kaybı, silikon bazlı IGBT'lere kıyasla 1/4'ten azdır.

Elektrik özelliklerindeki farklılıklara göre, silikon karbür substratları iki tipte sınıflandırılabilir: yarı yalıtımlı silikon karbür substratları ve iletken silikon karbür substratları. Bu iki tip substrat, epitaksiyal büyümeden sonra sırasıyla güç cihazları ve radyo frekans cihazları gibi ayrı cihazlar üretmek için kullanılır. Bunlar arasında, yarı yalıtımlı silikon karbür substratları esas olarak galyum nitrür RF cihazlarının, optoelektronik cihazların, vb. Üreterek kullanılmaktadır. Yarı yalıtımlı silikon karbür substratları üzerinde büyüyerek kullanılır. İletken silikon karbür substratları esas olarak güç cihazlarının üretiminde kullanılır. Silikon güç cihazlarının geleneksel üretim sürecinden farklı olarak, silikon karbür güç cihazları doğrudan silikon karbür substratlarında üretilemez. Bunun yerine, bir silikon karbür epitaksiyal tabakasının bir silikon karbür epitaksiyal gofret elde etmek için iletken bir substrat üzerinde büyütülmesi gerekir ve daha sonra epitaksiyal tabaka üzerinde Schottky diyotları, mosfets, IGBT'ler ve diğer güç cihazları üretilebilir.