Οι ημιαγωγοί είναι ο πυρήνας του σύγχρονου βιομηχανικού εξοπλισμού μηχανημάτων, που χρησιμοποιείται ευρέως σε υπολογιστές, ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, επικοινωνίες δικτύου, ηλεκτρονικά αυτοκινήτων και άλλους τομείς του πυρήνα. Η βιομηχανία ημιαγωγών αποτελείται κυρίως από τέσσερα βασικά στοιχεία: ολοκληρωμένα κυκλώματα, οπτοηλεκτρονικές συσκευές, διακριτές συσκευές, αισθητήρες, τα οποία αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 80% των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, τόσο συχνά όσο και ισοδύναμα ημιαγωγών και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, ανάλογα με την κατηγορία προϊόντων, χωρίζονται κυρίως σε τέσσερις κατηγορίες: μικροεπεξεργαστής, μνήμη, λογικές συσκευές, εξαρτήματα προσομοιωτή. Ωστόσο, με τη συνεχή επέκταση του πεδίου εφαρμογής των ημιαγωγικών συσκευών, πολλές ειδικές περιπτώσεις απαιτούν οι ημιαγωγοί να είναι σε θέση να τηρούν τη χρήση υψηλών θερμοκρασιών, ισχυρής ακτινοβολίας, υψηλής ισχύος και άλλων περιβαλλόντων, χωρίς να προκαλούν ζημιές. Η πρώτη και η δεύτερη γενιά ημιαγωγικών υλικών είναι ανίσχυρες, επομένως δημιουργήθηκε η τρίτη γενιά ημιαγωγικών υλικών.
Προς το παρόν, τα ημιαγωγικά υλικά με ευρύ ενεργειακό χάσμα που αντιπροσωπεύονται απόκαρβίδιο του πυριτίου(SiC), νιτρίδιο του γαλλίου (GaN), οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO), διαμάντι, νιτρίδιο του αργιλίου (AlN) καταλαμβάνουν την κυρίαρχη αγορά με μεγαλύτερα πλεονεκτήματα, συλλογικά αναφερόμενα ως υλικά ημιαγωγών τρίτης γενιάς. Η τρίτη γενιά υλικών ημιαγωγών με μεγαλύτερο πλάτος ενεργειακού χάσματος, όσο υψηλότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο διάσπασης, η θερμική αγωγιμότητα, ο ρυθμός κορεσμού των ηλεκτρονικών και η υψηλότερη ικανότητα αντοχής στην ακτινοβολία, είναι πιο κατάλληλη για την κατασκευή συσκευών υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής συχνότητας, αντοχής στην ακτινοβολία και υψηλής ισχύος, συνήθως γνωστές ως υλικά ημιαγωγών με ευρύ ενεργειακό χάσμα (το απαγορευμένο πλάτος ζώνης είναι μεγαλύτερο από 2,2 eV), που ονομάζονται επίσης υλικά ημιαγωγών υψηλής θερμοκρασίας. Από την τρέχουσα έρευνα σε υλικά και συσκευές ημιαγωγών τρίτης γενιάς, τα υλικά ημιαγωγών καρβιδίου του πυριτίου και νιτριδίου του γαλλίου είναι πιο ώριμα καιτεχνολογία καρβιδίου του πυριτίουείναι η πιο ώριμη, ενώ η έρευνα για το οξείδιο του ψευδαργύρου, το διαμάντι, το νιτρίδιο του αργιλίου και άλλα υλικά βρίσκεται ακόμη στο αρχικό στάδιο.
Υλικά και οι ιδιότητές τους:
Καρβίδιο του πυριτίουΤο υλικό χρησιμοποιείται ευρέως σε κεραμικά ρουλεμάν, βαλβίδες, ημιαγωγικά υλικά, γυροσκόπια, όργανα μέτρησης, αεροδιαστημική και άλλους τομείς, έχει γίνει ένα αναντικατάστατο υλικό σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς.
Το SiC είναι ένα είδος φυσικού υπερπλέγματος και ένας τυπικός ομογενής πολυτύπος. Υπάρχουν περισσότερες από 200 (γνωστές σήμερα) ομοτυπικές πολυτυπικές οικογένειες λόγω της διαφοράς στην αλληλουχία συσκευασίας μεταξύ των διατομικών στρωμάτων Si και C, η οποία οδηγεί σε διαφορετικές κρυσταλλικές δομές. Επομένως, το SiC είναι πολύ κατάλληλο για τη νέα γενιά υλικού υποστρώματος διόδων εκπομπής φωτός (LED), ηλεκτρονικά υλικά υψηλής ισχύος.
| χαρακτηριστικός | |
| φυσική ιδιότητα | Υψηλή σκληρότητα (3000kg/mm), μπορεί να κόψει ρουμπίνι |
| Υψηλή αντοχή στη φθορά, δεύτερη μόνο μετά το διαμάντι | |
| Η θερμική αγωγιμότητα είναι 3 φορές υψηλότερη από αυτή του Si και 8~10 φορές υψηλότερη από αυτή του GaAs. | |
| Η θερμική σταθερότητα του SiC είναι υψηλή και είναι αδύνατο να λιώσει σε ατμοσφαιρική πίεση. | |
| Η καλή απόδοση απαγωγής θερμότητας είναι πολύ σημαντική για συσκευές υψηλής ισχύος | |
|
χημική ιδιότητα | Πολύ ισχυρή αντοχή στη διάβρωση, ανθεκτική σε σχεδόν οποιοδήποτε γνωστό διαβρωτικό παράγοντα σε θερμοκρασία δωματίου |
| Η επιφάνεια του SiC οξειδώνεται εύκολα σχηματίζοντας SiO, ένα λεπτό στρώμα, που μπορεί να αποτρέψει την περαιτέρω οξείδωσή του. Πάνω από τους 1700℃, η μεμβράνη οξειδίου τήκεται και οξειδώνεται γρήγορα | |
| Το ενεργειακό χάσμα των 4H-SIC και 6H-SIC είναι περίπου 3 φορές μεγαλύτερο από αυτό του Si και 2 φορές μεγαλύτερο από αυτό του GaAs: Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου διάσπασης είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερη από το Si και η ταχύτητα μετατόπισης ηλεκτρονίων είναι κορεσμένη Δυόμισι φορές το Si. Το ενεργειακό χάσμα του 4H-SIC είναι μεγαλύτερο από αυτό του 6H-SIC. |
Ώρα δημοσίευσης: 01 Αυγούστου 2022