I dispositivi a semiconduttore sono il cuore delle moderne apparecchiature industriali, ampiamente utilizzati in computer, elettronica di consumo, comunicazioni di rete, elettronica automobilistica e altri settori chiave. L'industria dei semiconduttori è composta principalmente da quattro componenti di base: circuiti integrati, dispositivi optoelettronici, dispositivi discreti e sensori. I circuiti integrati rappresentano oltre l'80% del totale, pertanto i semiconduttori e i circuiti integrati sono spesso considerati equivalenti.
I circuiti integrati, in base alla categoria di prodotto, si dividono principalmente in quattro categorie: microprocessori, memorie, dispositivi logici e componenti per simulatori. Tuttavia, con la continua espansione del campo di applicazione dei dispositivi a semiconduttore, molte situazioni particolari richiedono che i semiconduttori siano in grado di resistere ad ambienti con temperature elevate, forti radiazioni, alta potenza e altri fattori, senza subire danni. La prima e la seconda generazione di materiali a semiconduttore non sono in grado di soddisfare tali requisiti, pertanto è nata la terza generazione di materiali a semiconduttore.
Attualmente, i materiali semiconduttori a banda proibita ampia rappresentati dacarburo di silicio(SiC), nitruro di gallio (GaN), ossido di zinco (ZnO), diamante, nitruro di alluminio (AlN) occupano il mercato dominante con maggiori vantaggi, collettivamente indicati come materiali semiconduttori di terza generazione. La terza generazione di materiali semiconduttori con una larghezza di banda più ampia, un campo elettrico di rottura più elevato, conduttività termica, velocità di saturazione elettronica e una maggiore capacità di resistere alle radiazioni, più adatti per realizzare dispositivi ad alta temperatura, alta frequenza, resistenza alle radiazioni e alta potenza, solitamente noti come materiali semiconduttori a banda larga (larghezza di banda proibita maggiore di 2,2 eV), chiamati anche materiali semiconduttori ad alta temperatura. Dalla ricerca attuale sui materiali e dispositivi semiconduttori di terza generazione, i materiali semiconduttori al carburo di silicio e al nitruro di gallio sono più maturi etecnologia del carburo di silicioè la tecnologia più matura, mentre la ricerca sull'ossido di zinco, sul diamante, sul nitruro di alluminio e su altri materiali è ancora nella fase iniziale.
Materiali e loro proprietà:
carburo di silicioQuesto materiale è ampiamente utilizzato nei cuscinetti a sfera in ceramica, nelle valvole, nei materiali semiconduttori, nei giroscopi, negli strumenti di misurazione, nell'industria aerospaziale e in altri settori, ed è diventato un materiale insostituibile in molti campi industriali.
Il SiC è un tipo di superreticolo naturale e un tipico politipo omogeneo. Esistono più di 200 famiglie politipiche omogenee (attualmente note) dovute alla differenza nella sequenza di impacchettamento tra gli strati biatomici di Si e C, che porta a diverse strutture cristalline. Pertanto, il SiC è molto adatto per la nuova generazione di materiali per substrati di diodi a emissione di luce (LED) e materiali elettronici ad alta potenza.
| caratteristica | |
| proprietà fisica | Elevata durezza (3000 kg/mm), in grado di tagliare il rubino. |
| Elevata resistenza all'usura, seconda solo al diamante. | |
| La conduttività termica è 3 volte superiore a quella del Si e da 8 a 10 volte superiore a quella del GaAs. | |
| La stabilità termica del SiC è elevata ed è impossibile che si fonda a pressione atmosferica. | |
| Una buona dissipazione del calore è molto importante per i dispositivi ad alta potenza. | |
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proprietà chimica | Elevatissima resistenza alla corrosione, resistente a quasi tutti gli agenti corrosivi noti a temperatura ambiente. |
| La superficie del SiC si ossida facilmente per formare SiO, uno strato sottile, può prevenire la sua ulteriore ossidazione, in Al di sopra dei 1700℃, il film di ossido si fonde e si ossida rapidamente | |
| Il band gap del 4H-SIC e del 6H-SIC è circa 3 volte quello del Si e 2 volte quello del GaAs: L'intensità del campo elettrico di rottura è di un ordine di grandezza superiore a quella del Si e la velocità di deriva degli elettroni è satura Due volte e mezzo il Si. Il band gap del 4H-SIC è più ampio di quello del 6H-SIC. |
Data di pubblicazione: 1 agosto 2022