第三代半导体材料的发展及应用

以Si和GaAs为代表的传统半导体材料的高速发展推动了微电子、光电子技术的迅猛发展。然而受材料性能所限,用这些材料制成的器件大都只能在200℃以下的热环境下工作,且抗辐射、耐高击穿电压性能以及发射可见光波长范围都不能满足现代电子技术发展对高温、高频、高压以及抗辐射、能发射蓝光等提出的新要求。而以SiC、GaN、金刚石为代表的宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电     

第三代半导体材料的发展及应用

以Si和GaAs为代表的传统半导体材料的高速发展推动了微电子、光电子技术的迅猛发展。然而受材料性能所限,用这些材料制成的器件大都只能在200℃以下的热环境下工作,且抗辐射、耐高击穿电压性能以及发射可见光波长范围都不能满足现代电子技术发展对高温、高频、高压以及抗辐射、能发射蓝光等提出的新要求。而以SiC、GaN、金刚石为代表的宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强、良好的化学稳定性等独特的性能,使其在光电器件、高频大功率、高温电子器件等方面倍受青睐,被誉为发展前景十分广阔的第三代半导体材料。     

宽禁带半导体技术

概述根据半导体材料禁带宽度的不同,可分为宽禁带半导体材料与窄禁带半导体材料。若禁带宽度Eg<2ev(电子伏特),则称为窄禁带半导体,如锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(G a A s)以及磷化铟(I n P);若禁带宽度E g>2.0￣6.0ev,则称为宽禁带半导体,如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、4H碳化硅(4H-SiC)、6H碳化硅(6H-SiC)、氮化铝(AlN)以及氮化镓铝(ALGaN)等。宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点,非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成…     

一种基于基板埋入技术的SiC功率模块封装及可靠性优化设计

<正>以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体（亦称宽禁带半导体）材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高以及抗辐射能力强等优点。其中SiC功率器件及模块已经逐渐成为特高压柔性电网、5G移动通信基础设施、高速轨道交通、新能源汽车、航空航天装备、数据中心等“新基建”核心领域的“关键核芯”。我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要明确指出：以SiC为代表的宽禁带半导体是事关国家安全和发展全局的基础核心领域,是需要集中优势资源攻关的领域关键核心技术。     

碳化硅材料性能优异，应用迎来发展良机

碳化硅作为第三代半导体材料的代表,有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等特点,由其制成的半导体器件在高温、高压、高频大功率的环境下具备良好的性能表现,被广泛应用于汽车、工业与能源、5G建设等领域。本文介绍了碳化硅产业链及其应用领域和发展前景。     

三代半导体功率器件的特点与应用分析

以S i双极型功率晶体管为代表的第一代半导体功率器件和以GaAs场效应晶体管为代表的第二代半导体功率器件为雷达发射机的大规模固态化和可靠性提高做出了贡献。近年来以S iC场效应功率晶体管和GaN高电子迁移率功率晶体管为代表的第三代半导体--宽禁带半导体功率器件具有击穿电压高、功率密度高、输出功率高、工作效率高、工作频率高、瞬时带宽宽、适合在高温环境下工作和抗辐射能力强等优点。人们寄希望于宽禁带半导体功率器件来解决第一代、第二代功率器件的输出功率低、效率低和工作频率有局限性以至于无法满足现代雷达、电子对抗和通信等电子装备需求等方面的问题。文中简要介绍了半导体功率器件的发展背景、发展过程、分类、特点、应用、主要性能参数和几种常用的半导体功率器件;重点叙述了宽禁带半导体功率器件的特点、优势、研究进展和工程应用;对宽禁带半导体功率器件在新一代雷达中的应用前景和要求进行了探讨。     

宽禁带半导体市场纵横

宽禁带半导体是指禁带宽度Eg〉2．0—6．0电子伏特eV的半导体材料，具体包括碳化硅SiC、氮化镓GaN、氮化镓铝AIGaN等。这类材料的禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度快、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强、具有良好的化学稳定性，非常适合用来研制抗辐射、高频、大功率与高密度集成的半导体器件。利用其特有的禁带宽度，研制出蓝、绿光和紫外光发光器件及光探测器。     

1kW宽带线性SiC功率放大器设计

简述了SiC宽禁带半导体材料的特性,通过与传统Si半导体材料相比较,该材料在击穿电场强度、截止频率、热传导率、抗辐射能力、结温和热稳定性等方面具有明显优势。SiC宽禁带功率器件在输出功率、功率密度、工作频率、环境适应性等方面具有卓越的性能,在雷达发射机中有良好的应用前景。文中利用SiC宽禁带功率器件设计制作了L波段1 kW功率放大器,对SiC宽禁带功率放大器进行了性能测试,根据实验数据分析了SiC宽禁带功率器件对固态雷达发射机性能的改善。     

宽禁带半导体材料技术

宽禁带半导体材料是一种新型材料,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高等特点,非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成电子器件;利用其特有的禁带宽度,还可以制作蓝光、绿光、紫外光器件和光探测器件,能够适应更为苛刻的生存和工作环境。在宽禁带半导体材料中,具有代表性的是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、金刚石以及氧化锌(ZnO),综合叙述了这些材料的特性、发展现状和趋势;并介绍了SiC、GaN、ZnO材料的应用情况和代表性器件的研究进展。     

SiC电力电子器件喷薄欲发

以Si为代表的传统半导体电力器件可满足电力电子对功率大、工作速度快、通态电阻小、驱动功率低等方面的应用要求。但是,只有SiC等宽禁带半导体材料才能根本上解决电力电子对高击穿电压高工作温度等方面的要求,并有可能省去过流、过压、过温等保护装置。这主要归功于SiC具有很高的击穿场强良好的热导率和热稳定性。     

SiC宽禁带功率器件在雷达发射机中的应用分析

介绍了SiC宽禁带半导体材料的特性,通过与Si和GaAs半导体相比较,该材料在击穿电场强度、截止频率、热传导率、抗辐射能力、结温和热稳定性等方面具有显著优点。SiC宽禁带功率器件,尤其在输出功率、功率密度、工作频率、工作带宽、环境适应性和总效率等方面具有卓越的性能,在雷达发射机中有良好的应用前景。文章还详细论述了现代雷达对SiC功率器件的具体指标要求。     

氮化镓基固态器件的研究进展

GaN是大功率和高温半导体器件的理想化合物半导体材料,具有宽禁带,高击穿电压,异质结构道中高峰值电子漂移速度和高薄层电子浓度,本文着重阐述了宽禁带III－V族化合物半导体器件的研究进展。     

8英寸Si基GaN HEMT薄膜材料的制备和研究

氮化镓作为第三代半导体材料的代表,具有禁带宽度大、电子饱和速度高、热导率高、临界击穿电压高等优异的材料性能,所以在高频、高压、大功率器件方面具有非常广泛的应用前景。考虑到尺寸及成本的优势,在Si衬底上外延GaN已成为主要研究热点。通过使用MOCVD（金属有机化学气相沉积系统）成功在8英寸Si衬底上外延生长出AlGaN/GaN HEMT薄膜材料,结果表明外延片光滑无裂纹、具有低翘曲度、高均匀性、高结晶质量以及高的导通能力和耐压能力。     

超宽禁带半导体Ga2O3微电子学研究进展

半导体材料Ga2O3是继宽禁带半导体材料SiC/GaN之后新兴的直接带隙超宽禁带氧化物半导体,其禁带宽度为4.5~4.9eV,击穿电场强度高达8MV/cm(是SiC及GaN的2倍以上),物理化学稳定性高,在发展下一代电力电子学和固态微波功率电子学领域具有较大的潜力。自2012年第一只Ga2O3场效应晶体管诞生以来,Ga2O3微电子学的研究呈现快速发展态势。本文综述了β-Ga2O3单晶材料和外延生长技术以及β-Ga2O3二极管和β-Ga2O3场效应管等方面的研究进展,介绍了β-Ga2O3材料和器件的新工艺、新器件结构以及性能测试结果,分析了相关技术难点和创新思路,展望了Ga2O3微电子学未来的发展趋势。     

本征击穿电场与禁带宽度的关系

在汇集实验数据的基础上,提出了对半导体和绝缘体材料的本征击穿电场与其禁带宽度之间关系的通用表达式。根据半导体与绝缘体本征击穿电场规律的不同,首次有依据地提出了用禁带宽度Eg值对材料进行明确统一分类的定量判据:击穿场判据。给出了直接用禁带宽度Eg表示的半导材料的各种简化优质系数表达式。基于文章提出的关系式,计算了多种重要的二元化合物半导体及高k栅介质的本征击穿电场预期值。     

“宽禁带半导体材料与器件”专题征文通知北大核心

一代材料催生一代器件,引领一代产业。以Ⅲ族氮化物、碳化硅、氧化物半导体等为代表的宽禁带半导体材料是发展高能效的半导体光电子和电力电子器件的核心基础。宽禁带半导体材料与器件围绕国民经济和社会发展的战略性、基础性和前瞻性方向,重点面向固态照明、新型半导体显示、射频电力电子以及光电探测、绿色能源等前沿领域,对于赋能低碳排放的"美丽中国建设"。     

氮化镓功率半导体器件技术

作为第三代半导体材料的典型代表,宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有许多硅材料所不具备的优异性能,是高频、高压、高温和大功率应用的优良半导体材料,在民用和军事领域具有广阔的应用前景。随着GaN技术的进步,特别是大直径硅(Si)基GaN外延技术的逐步成熟并商用化,GaN功率半导体技术有望成为高性能低成本功率技术解决方案,从而受到国际著名半导体厂商和研究单位的关注。总结了GaN功率半导体器件的最新研究,并对GaN功率器件发展所涉及的器件击穿机理与耐压优化、器件物理与模型、电流崩塌效应、工艺技术以及材料发展等问题进行了分析与概述。     

前言

<正>一代材料催生一代器件,引领一代产业。以硅、锗和砷化镓等半导体材料为代表的光电器件在过去几十年里对社会发展产生了深远影响,广泛地应用于集成电路、光电子与微电子等领域,形成了规模庞大的半导体产业集群。然而,这些光电器件的部分关键性能仍受限于材料的本征禁带宽度,更大的禁带宽度成了材料迭代的诉求。因此,发展宽禁带半导体材料成为突破硅、锗和传统Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件瓶颈的关键,并与硅集成电路进行异质集成,拓展更为广泛的应用空间。硅、锗和传统的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的高速发展得益于高质量单晶同质衬底材料,极低的缺陷密度保证了半导体器件的优异性能。     

“宽禁带半导体材料与器件”专题征文通知北大核心

一代材料催生一代器件,引领一代产业。以Ⅲ族氮化物、碳化硅、氧化物半导体等为代表的宽禁带半导体材料是发展高能效的半导体光电子和电力电子器件的核心基础。宽禁带半导体材料与器件围绕国民经济和社会发展的战略性、基础性和前瞻性方向,重点面向固态照明、新型半导体显示、射频电力电子以及光电探测、绿色能源等前沿领域,对于赋能低碳排放的“美丽中国建设”,聚力“国防科技自主创新、原始创新”,“加速战略性前沿性颠覆性技术发展”以及深入推进光电子技术的发展具有重要意义。     

GaN器件在军事领域中的应用

GaN基半导体具有击穿电场强度高、饱和电子迁移率高、介电常数小、热导率大、抗辐射能力强等优点,广泛应用军用电子器件的制造。介绍了GaN器件在军事雷达、探测器以及激光引信等军事领域中的应用。