Awọn ohun elo semikondokito ti wa nipasẹ awọn iran iyipada mẹta:
1st Gen (Si/Ge) gbe ipilẹ ti awọn ẹrọ itanna igbalode,
2nd Gen (GaAs/InP) fọ nipasẹ optoelectronic ati awọn idena igbohunsafẹfẹ giga lati ṣe agbara iyipada alaye,
3rd Gen (SiC/GaN) ni bayi koju agbara ati awọn italaya-ayika to gaju, ṣiṣe didoju erogba ati akoko 6G.
Ilọsiwaju yii ṣe afihan iyipada paragimu lati ilọpo si amọja ni imọ-jinlẹ ohun elo.
1. Awọn semikondokito-iran akọkọ: Silicon (Si) ati Germanium (Ge)
Itan abẹlẹ
Ni ọdun 1947, Bell Labs ṣe apẹrẹ transistor germanium, ti n samisi owurọ ti akoko semikondokito. Ni awọn ọdun 1950, ohun alumọni maa rọpo germanium diẹdiẹ gẹgẹbi ipilẹ awọn iyika iṣọpọ (ICs) nitori Layer oxide iduroṣinṣin (SiO₂) ati awọn ifiṣura adayeba lọpọlọpọ.
Ohun elo Properties
ⅠIbadi:
Germanium: 0.67eV (bandgap dín, itara si jijo lọwọlọwọ, iṣẹ otutu ti ko dara).
Ohun alumọni: 1.12eV (bandgap aiṣe-taara, o dara fun awọn iyika ọgbọn ṣugbọn ko lagbara ti itujade ina).
Ⅱ,Awọn anfani ti Silikoni:
Nipa ti ṣe agbekalẹ ohun elo afẹfẹ giga (SiO₂), ṣiṣe iṣelọpọ MOSFET.
Iye owo kekere ati ilẹ-pupọ (~ 28% ti akojọpọ erupẹ).
Ⅲ,Awọn idiwọn:
Irin-ajo elekitironi kekere (1500 cm²/(V·s) nikan), ni ihamọ iṣẹ ṣiṣe igbohunsafẹfẹ giga.
Foliteji ti ko lagbara / ifarada iwọn otutu (iwọn otutu ti o pọ julọ. ~ 150 ° C).
Awọn ohun elo bọtini
Ⅰ,Awọn iyika Iṣọkan (ICs):
Awọn Sipiyu, awọn eerun iranti (fun apẹẹrẹ, DRAM, NAND) gbarale ohun alumọni fun iwuwo isọpọ giga.
Apeere: Intel's 4004 (1971), microprocessor iṣowo akọkọ, lo imọ-ẹrọ silikoni 10μm.
Ⅱ,Awọn Ẹrọ Agbara:
Awọn thyristors kutukutu ati MOSFET kekere foliteji (fun apẹẹrẹ, awọn ipese agbara PC) jẹ orisun silikoni.
Awọn italaya & Igbagbo
Germanium ti yọkuro nitori jijo ati aisedeede gbona. Bibẹẹkọ, awọn aropin silikoni ni optoelectronics ati awọn ohun elo agbara-giga ti ru idagbasoke ti awọn semikondokito-gen atẹle.
2 Awọn semikondokito iran-keji: Gallium Arsenide (GaAs) ati Indium Phosphide (InP)
Background idagbasoke
Lakoko awọn ọdun 1970-1980, awọn aaye ti n yọju bii awọn ibaraẹnisọrọ alagbeka, awọn nẹtiwọọki okun opiti, ati imọ-ẹrọ satẹlaiti ṣẹda ibeere titẹ fun igbohunsafẹfẹ giga ati awọn ohun elo optoelectronic daradara. Eyi ṣe agbega ilosiwaju ti awọn semikondokito bandgap taara bii GaAs ati InP.
Ohun elo Properties
Bandgap & Iṣe Optoelectronic:
GaAs: 1.42eV (bandgap taara, jẹ ki itujade ina ṣiṣẹ - o dara fun awọn lasers / LED).
InP: 1.34eV (dara julọ fun awọn ohun elo gigun-gigun, fun apẹẹrẹ, awọn ibaraẹnisọrọ fiber-optic 1550nm).
Gbigbe Itanna:
GaA ṣaṣeyọri 8500 cm²/(V·s), ohun alumọni ti o ga julọ (1500 cm²/(V·s)), ti o jẹ ki o dara julọ fun sisẹ ifihan agbara ibiti GHz.
Awọn alailanfani
lBrittle sobsitireti: Le lati manufacture ju silikoni; GaAs wafers na 10× diẹ ẹ sii.
lKo si ohun elo afẹfẹ abinibi: Ko dabi SiO₂ silikoni, GaAs/InP ko ni awọn oxides iduroṣinṣin, ṣe idiwọ iṣelọpọ IC iwuwo giga.
Awọn ohun elo bọtini
lRF Iwaju-ipari:
Awọn amplifiers agbara alagbeka (PA), awọn transceivers satẹlaiti (fun apẹẹrẹ, awọn transistors HEMT ti o da lori GaAs).
lOptoelectronics:
Awọn diodes lesa (awọn awakọ CD/DVD), Awọn LED (pupa/infurarẹẹdi), awọn modulu fiber optic (Lasa InP).
lAwọn sẹẹli Oorun aaye:
Awọn sẹẹli GaA ṣe aṣeyọri 30% ṣiṣe (vs. ~ 20% fun ohun alumọni), pataki fun awọn satẹlaiti.
lAwọn igo imọ-ẹrọ
Awọn idiyele giga ni ihamọ GaAs/InP si awọn ohun elo ipari-giga, idilọwọ wọn lati yipo agbara ohun alumọni ni awọn eerun oye.
Awọn Semikondokito-Iran Kẹta (Awọn Semiconductors Wide-Bandgap): Silicon Carbide (SiC) ati Gallium Nitride (GaN)
Awọn Awakọ Imọ-ẹrọ
Iyika Agbara: Awọn ọkọ ina ati isọdọtun akoj agbara isọdọtun beere awọn ẹrọ agbara to munadoko diẹ sii.
Awọn iwulo Igbohunsafẹfẹ giga: Awọn ibaraẹnisọrọ 5G ati awọn eto radar nilo awọn igbohunsafẹfẹ giga ati iwuwo agbara.
Awọn Ayika to gaju: Aerospace ati awọn ohun elo mọto ile-iṣẹ nilo awọn ohun elo ti o lagbara lati duro awọn iwọn otutu ti o kọja 200°C.
Awọn abuda ohun elo
Awọn anfani Bandgap gbooro:
lSiC: Bandgap ti 3.26eV, didenukole agbara aaye ina 10 × ti ohun alumọni, ti o lagbara lati duro awọn foliteji lori 10kV.
lGaN: Bandgap ti 3.4eV, arinbo elekitironi ti 2200 cm²/(V·s), ti o tayọ ni iṣẹ-igbohunsafẹfẹ giga.
Isakoso Ooru:
SiC's thermal conductivity Gigun 4.9 W / (cm · K), ni igba mẹta dara ju ohun alumọni, ti o jẹ ki o jẹ apẹrẹ fun awọn ohun elo agbara-giga.
Awọn Ipenija Ohun elo
SiC: Idagbasoke kirisita ti o lọra nilo awọn iwọn otutu ju 2000 ° C, ti o fa awọn abawọn wafer ati awọn idiyele giga (wafer 6-inch SiC jẹ 20 × diẹ gbowolori ju ohun alumọni lọ).
GaN: Ko ni sobusitireti adayeba, nigbagbogbo nilo heteroepitaxy lori sapphire, SiC, tabi awọn sobusitireti silikoni, ti o yori si awọn ọran aiṣedeede lattice.
Awọn ohun elo bọtini
Itanna Agbara:
Awọn oluyipada EV (fun apẹẹrẹ, Awoṣe Tesla 3 nlo SiC MOSFETs, imudara ṣiṣe nipasẹ 5–10%).
Awọn ibudo gbigba agbara iyara/awọn ohun ti nmu badọgba (awọn ẹrọ GaN jẹ ki gbigba agbara iyara 100W+ ṣiṣẹ lakoko ti o dinku iwọn nipasẹ 50%).
Awọn ẹrọ RF:
Awọn amplifiers agbara ibudo ipilẹ 5G (GaN-on-SiC PAs ṣe atilẹyin awọn igbohunsafẹfẹ mmWave).
Reda ologun (GaN nfunni 5 × iwuwo agbara ti GaAs).
Optoelectronics:
Awọn LED UV (awọn ohun elo AlGaN ti a lo ninu sterilization ati wiwa didara omi).
Industry Ipo ati Future Outlook
SiC jẹ gaba lori ọja agbara-giga, pẹlu awọn modulu ipele-ọkọ ayọkẹlẹ tẹlẹ ninu iṣelọpọ ibi-nla, botilẹjẹpe awọn idiyele wa idena.
GaN n pọ si ni iyara ni ẹrọ itanna olumulo (gbigba agbara sare) ati awọn ohun elo RF, ti n yipada si awọn wafers 8-inch.
Awọn ohun elo ti n yọ jade bi gallium oxide (Ga₂O₃, bandgap 4.8eV) ati diamond (5.5eV) le ṣe agbekalẹ “iran kẹrin” ti semikondokito, titari awọn opin foliteji kọja 20kV.
Ijọpọ ati Imuṣiṣẹpọ ti Awọn iran Semikondokito
Ibamu, kii ṣe Rirọpo:
Ohun alumọni si maa wa gaba lori ni awọn eerun kannaa ati olumulo Electronics (95% ti awọn agbaye semikondokito oja).
GaAs ati InP ṣe amọja ni igbohunsafẹfẹ giga ati awọn ohun elo optoelectronic.
SiC/GaN ko ni rọpo ni agbara ati awọn ohun elo ile-iṣẹ.
Awọn apẹẹrẹ Iṣọkan Imọ-ẹrọ:
GaN-on-Si: Darapọ GaN pẹlu awọn sobusitireti ohun alumọni iye owo kekere fun gbigba agbara yara ati awọn ohun elo RF.
SiC-IGBT arabara modulu: Mu akoj iyipada ṣiṣe.
Awọn aṣa iwaju:
Isopọpọ orisirisi: Apapọ awọn ohun elo (fun apẹẹrẹ, Si + GaN) lori chirún kan lati dọgbadọgba iṣẹ ati idiyele.
Awọn ohun elo bandgap jakejado (fun apẹẹrẹ, Ga₂O₃, diamond) le jẹ ki foliteji giga-giga (> 20kV) ati awọn ohun elo iširo kuatomu.
Jẹmọ gbóògì
GaAs lesa epitaxial wafer 4 inch 6 inch
12 inch SIC sobusitireti ohun alumọni carbide alakoko iwọn ila opin 300mm iwọn nla 4H-N Dara fun itusilẹ ooru ẹrọ giga
Akoko ifiweranṣẹ: May-07-2025