Puolijohdelaite on nykyaikaisen teollisuuskoneiden ytimessä, jota käytetään laajalti tietokoneissa, kulutuselektroniikassa, verkkoviestinnässä, autoelektroniikassa ja muilla ydinalueilla. Puolijohdeteollisuus koostuu pääasiassa neljästä peruskomponentista: integroiduista piireistä, optoelektronisista laitteista, erillisistä laitteista ja antureista, jotka muodostavat yli 80 % integroiduista piireistä, joten usein myös puolijohteet ja integroidut piirit vastaavat niitä.
Integroidut piirit jaetaan tuotekategorian mukaan pääasiassa neljään luokkaan: mikroprosessorit, muistit, logiikkalaitteet ja simulaattoriosat. Puolijohdelaitteiden sovellusalueen jatkuvan laajenemisen myötä monissa erityistilanteissa puolijohteiden on kestettävä korkeita lämpötiloja, voimakasta säteilyä, suurta tehoa ja muita ympäristöjä, jotta ne eivät vahingoitu. Ensimmäisen ja toisen sukupolven puolijohdemateriaalit ovat tehottomia, joten kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalit syntyivät.
Tällä hetkellä laajakaistaisia puolijohdemateriaaleja edustavatpiikarbidi(SiC), galliumnitridi (GaN), sinkkioksidi (ZnO), timantti ja alumiininitridi (AlN) hallitsevat markkinoita ja niillä on suurempia etuja, ja niitä kutsutaan yhteisesti kolmannen sukupolven puolijohdemateriaaleiksi. Kolmannen sukupolven puolijohdemateriaaleissa on suurempi energiavälin leveys, suurempi läpilyöntikenttä, lämmönjohtavuus, elektronien kyllästymisnopeus ja suurempi säteilynkestävyys. Ne sopivat paremmin korkean lämpötilan, korkeataajuuksien, säteilynkestävyyden ja suurteholaitteiden valmistukseen. Näitä kutsutaan yleensä leveän energiavälin puolijohdemateriaaleiksi (kielletty kaistanleveys yli 2,2 eV), joita kutsutaan myös korkean lämpötilan puolijohdemateriaaleiksi. Kolmannen sukupolven puolijohdemateriaaleja ja -laitteita koskevan nykytutkimuksen mukaan piikarbidi- ja galliumnitridipuolijohdemateriaalit ovat kypsempiä, japiikarbiditeknologiaon kypsimmällä tasolla, kun taas sinkkioksidia, timanttia, alumiininitridiä ja muita materiaaleja koskeva tutkimus on vielä alkuvaiheessa.
Materiaalit ja niiden ominaisuudet:
Piikarbidimateriaalia käytetään laajalti keraamisissa kuulalaakereissa, venttiileissä, puolijohdemateriaaleissa, gyroskoopeissa, mittauslaitteissa, ilmailu- ja muilla aloilla, ja siitä on tullut korvaamaton materiaali monilla teollisuudenaloilla.
Piikarbidi (SiC) on eräänlainen luonnollinen superhila ja tyypillinen homogeeninen polytyyppi. Homotyyppisiä polytyyppiryhmiä on (tällä hetkellä tunnettuja) yli 200, koska pii- ja hiilidiatomikerrosten pakkausjärjestys on erilainen ja ne johtavat erilaisiin kiderakenteisiin. Siksi piikarbidi soveltuu erittäin hyvin uuden sukupolven valodiodisubstraattimateriaaleihin ja suuritehoisiin elektroniikkamateriaaleihin.
| ominaisuus | |
| fyysinen omaisuus | Korkea kovuus (3000 kg/mm), voi leikata rubiinia |
| Korkea kulutuskestävyys, toiseksi paras vain timantin jälkeen | |
| Lämmönjohtavuus on kolme kertaa suurempi kuin piillä ja 8–10 kertaa suurempi kuin GaAs:lla. | |
| Piikarbidin (SiC) terminen stabiilius on korkea, eikä sitä voida sulattaa ilmakehän paineessa. | |
| Hyvä lämmönpoistokyky on erittäin tärkeä suuritehoisille laitteille | |
|
kemiallinen ominaisuus | Erittäin vahva korroosionkestävyys, kestää lähes kaikkia tunnettuja syövyttäviä aineita huoneenlämmössä |
| SiC-pinta hapettuu helposti muodostaen ohuen SiO₂-kerroksen, joka voi estää sen lisähapettumisen. Yli 1700 ℃:n lämpötilassa oksidikalvo sulaa ja hapettuu nopeasti | |
| 4H-SIC:n ja 6H-SIC:n kaistavyö on noin kolminkertainen Si:n ja kaksi kertaa GaAs:n energiavyöhyke: Läpilyöntisähkökentän voimakkuus on suuruusluokkaa suurempi kuin Si:llä, ja elektronien ajautumisnopeus on saturoitunut Kaksi ja puoli kertaa piihin verrattuna. 4H-SIC:n kaistanaukon leveys on suurempi kuin 6H-SIC:n. |
Julkaisun aika: 01.08.2022