Spezieller Forschungsbericht über die Siliziumkarbidindustrie: Wachstum von New Energy Vehicles und Photovoltaik-Antriebsindustrie(1)
1. SiC hat hervorragende elektrische Eigenschaften und wird voraussichtlich eines der vielversprechendsten Halbleitermaterialien werden
Die Entwicklung von Halbleitermaterialien hat drei Phasen durchlaufen. Übliche Halbleitermaterialien umfassen Silizium (Und), Germanium (Ge) und andere Elementhalbleiter und Verbundhalbleitermaterialien wie Galliumarsenid (GaAs), Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN). Aus der zeitlichen Abfolge von Forschung und großflächiger Anwendung, Die obigen Halbleitermaterialien werden in der Industrie allgemein in drei Generationen eingeteilt.
Die Halbleitermaterialien der ersten Generation sind seit den 1950er Jahren weit verbreitet, repräsentiert durch Silizium (Und) und Germanium (Ge). Die Industriekette solcher Materialien ist relativ ausgereift, mit vollen technischen Reserven und niedrigen Produktionskosten. Derzeit, Sie werden hauptsächlich in hochintegrierten Schaltungen verwendet, einschließlich Niederspannung, Niederfrequenz, Low-Power-Transistoren und Detektoren.
Halbleitermaterialien auf Siliziumbasis sind derzeit die am weitesten verbreiteten und am weitesten verbreiteten Halbleitermaterialien, und mehr als 90% der Halbleiterprodukte bestehen aus Materialien auf Siliziumbasis.
Die Halbleitermaterialien der zweiten Generation sind seit den 1990er Jahren weit verbreitet, vertreten durch Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP). Mit der Entwicklung der Halbleiterindustrie, der physikalische Engpass des Siliziummaterials zeichnet sich immer mehr ab, und seine physikalischen Eigenschaften schränken seine Anwendung in der Optoelektronik und Hochfrequenz-Hochleistungsgeräten ein. Die Halbleitermaterialien der zweiten Generation haben die Eigenschaften einer direkten Bandlücke in der physikalischen Struktur.
Verglichen mit Materialien auf Siliziumbasis, sie haben die Vorteile einer guten photoelektrischen Leistung, hohe Betriebsfrequenz, hohe Temperaturbeständigkeit und Strahlungsbeständigkeit. Sie sind geeignet für die Herstellung von Hochgeschwindigkeits, Hochfrequenz, leistungsstarke und lichtemittierende elektronische Geräte. Sie sind hervorragende Materialien für die Herstellung von Hochleistungsmikrowellen, Millimeterwellengeräte und lichtemittierende Geräte, und sind in der mobilen Kommunikation weit verbreitet, Satellitenkommunikation, optische Kommunikation, GPS-Navigation und andere Bereiche.
Der Halbleiter der dritten Generation ist ein Verbindungshalbleiter, der durch Galliumnitrid repräsentiert wird (GaN) und Siliziumkarbid (SiC). Die Bandlückenbreite dieser Art von Halbleitermaterial ist größer oder gleich 2,3 eV, daher wird es auch als Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke bezeichnet. Der Halbleiter der dritten Generation hat erhebliche Vorteile bei Schlüsselparametern wie der Bandlückenbreite, Zusammenbruch elektrisches Feld, Wärmeleitfähigkeit, elektronische Sättigungsrate, und Strahlenbeständigkeit, Erfüllung der Anforderungen der modernen Industrie an hohe Leistung, Hochspannung, und Hochfrequenz.
daher, Der Halbleiter der dritten Generation wird hauptsächlich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen verwendet, Hochfrequenz, leistungsstarke und lichtemittierende elektronische Komponenten. Nachgelagerte Anwendungen umfassen Smart Grid, neue Energiefahrzeuge, photovoltaische Windkraft, 5G-Kommunikation, usw.
Einführung in SiC-Materialien. SiC ist ein anorganischer Stoff mit der chemischen Formel SiC. Es besteht aus Quarzsand, Petrolkoks (oder Kohlenkoks), Holzspäne (Zur Herstellung von grünem SiC wird Salz benötigt) und andere Rohstoffe durch Schmelzen in einem Widerstandsofen bei hoher Temperatur.
SiC kommt auch in der Natur als seltenes Mineral vor, Mullit. Unter C, N, B und andere High-Tech-Feuerfestmaterialien ohne Oxide, SiC ist das am weitesten verbreitete und wirtschaftlichste, der als Schmirgel oder feuerfester Sand bezeichnet werden kann. SiC wird voraussichtlich eines der vielversprechendsten Materialien auf dem Gebiet der Halbleitermaterialien werden.
Verglichen mit Siliziumgeräten, Leistungsbauelemente auf Basis von SiC haben elektrische Eigenschaften wie Hochspannungsfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und geringer Energieverlust, und sind eines der vielversprechendsten Halbleitermaterialien. Die überlegenen elektrischen Eigenschaften von SiC umfassen die folgenden Aspekte:
1 Hohe Spannungsfestigkeit. B. die elektrische Durchschlagsfeldstärke von SiC mehr als 10 mal das von Silizium, Die mit SiC hergestellte Vorrichtung kann die Spannungsfestigkeit weiter verbessern, Betriebsfrequenz und Stromdichte, und den Leitungsverlust des Geräts erheblich reduzieren.
2 Hohe Temperaturbeständigkeit. Je breiter die Bandlücke ist, desto höher ist die Betriebsgrenztemperatur des Geräts. Da die Bandlücke von SiC fast dreimal so groß ist wie die von Silizium, Die Grenzbetriebstemperatur von SiC wird deutlich höher sein als die von Silizium, die mehr als erreichen kann 600 ℃. Gleichzeitig, Die Wärmeleitfähigkeit von SiC ist höher als die von Silizium, was dazu beiträgt, die Anforderungen an das Kühlsystem zu reduzieren und das Terminal leichter und kleiner zu machen.
3 Geringer Energieverlust. SiC hat eine gesättigte Elektronendriftrate, die doppelt so hoch ist wie die von Silizium. Verglichen mit Silizium, SiC hat einen sehr niedrigen Einschaltwiderstand und einen geringen Verlust; Gleichzeitig, SiC hat fast 3 mal die Bandlückenbreite von Silizium, und der Leckstrom ist im Vergleich zu Siliziumgeräten erheblich reduziert, was die Verlustleistung weiter reduzieren kann; Zusätzlich, SiC-Bauelemente weisen während des Abschaltvorgangs kein Stromtailing auf, und der Schaltverlust ist gering, was die Schaltfrequenz in praktischen Anwendungen stark verbessert.
Allgemein, SiC hat überlegene Eigenschaften wie Hochdruckbeständigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und geringer Energieverlust, die die neuen Anforderungen der Leistungselektroniktechnologie für Hochtemperatur erfüllen können, hohe Energie, Hochspannung, Hochfrequenz, Strahlungsbeständigkeit und andere raue Arbeitsbedingungen, und es wird erwartet, dass es eines der vielversprechendsten Materialien auf dem Gebiet der Halbleitermaterialien wird.
