Halfgeleidercomponenten vormen de kern van moderne industriële machines en apparatuur en worden veelvuldig gebruikt in computers, consumentenelektronica, netwerkcommunicatie, auto-elektronica en andere sectoren. De halfgeleiderindustrie bestaat hoofdzakelijk uit vier basiscomponenten: geïntegreerde schakelingen, opto-elektronische componenten, discrete componenten en sensoren. Geïntegreerde schakelingen vertegenwoordigen meer dan 80% van het totaal, waardoor halfgeleiders en geïntegreerde schakelingen vaak synoniem zijn.
Geïntegreerde schakelingen worden, afhankelijk van de productcategorie, hoofdzakelijk onderverdeeld in vier categorieën: microprocessoren, geheugen, logische schakelingen en simulatoronderdelen. Echter, met de voortdurende uitbreiding van het toepassingsgebied van halfgeleidercomponenten, vereisen veel speciale toepassingen dat halfgeleiders bestand zijn tegen hoge temperaturen, sterke straling, hoge vermogens en andere omstandigheden zonder beschadigd te raken. De eerste en tweede generatie halfgeleidermaterialen voldeden hier niet aan, waardoor de derde generatie halfgeleidermaterialen werd ontwikkeld.
Momenteel worden de halfgeleidermaterialen met een brede bandafstand vertegenwoordigd doorsiliciumcarbideSiliciumcarbide (SiC), galliumnitride (GaN), zinkoxide (ZnO), diamant en aluminiumnitride (AlN) domineren de markt met hun grote voordelen en worden gezamenlijk aangeduid als de derde generatie halfgeleidermaterialen. De derde generatie halfgeleidermaterialen kenmerkt zich door een bredere bandkloof, een hogere doorslagspanning, thermische geleidbaarheid, elektronische verzadigingsgraad en een hoger vermogen om straling te weerstaan. Hierdoor zijn ze beter geschikt voor de productie van apparaten die bestand zijn tegen hoge temperaturen, hoge frequenties, straling en hoog vermogen. Ze worden doorgaans aangeduid als halfgeleidermaterialen met een brede bandkloof (verboden bandbreedte groter dan 2,2 eV) of als halfgeleidermaterialen voor hoge temperaturen. Uit het huidige onderzoek naar halfgeleidermaterialen en -apparaten van de derde generatie blijkt dat siliciumcarbide en galliumnitride de meest ontwikkelde halfgeleidermaterialen zijn.siliciumcarbide-technologieis het meest ontwikkeld, terwijl het onderzoek naar zinkoxide, diamant, aluminiumnitride en andere materialen zich nog in de beginfase bevindt.
Materialen en hun eigenschappen:
SiliciumcarbideDit materiaal wordt veelvuldig gebruikt in keramische kogellagers, kleppen, halfgeleidermaterialen, gyroscopen, meetinstrumenten, de lucht- en ruimtevaart en andere gebieden, en is in veel industriële sectoren een onvervangbaar materiaal geworden.
SiC is een soort natuurlijk superrooster en een typisch homogeen polytype. Er bestaan meer dan 200 (momenteel bekende) homotypische polytypische families als gevolg van de verschillen in de stapelvolgorde tussen de diatomische lagen van Si en C, wat leidt tot verschillende kristalstructuren. Daarom is SiC zeer geschikt als substraatmateriaal voor de nieuwe generatie lichtemitterende diodes (LED's) en materialen voor hoogvermogenelektronica.
| kenmerk | |
| fysieke eigenschap | Hoge hardheid (3000 kg/mm), geschikt om robijn te slijpen |
| Hoge slijtvastheid, alleen overtroffen door diamant. | |
| De thermische geleidbaarheid is 3 keer hoger dan die van Si en 8 tot 10 keer hoger dan die van GaAs. | |
| De thermische stabiliteit van SiC is hoog en het smelt niet bij atmosferische druk. | |
| Goede warmteafvoer is van groot belang voor apparaten met een hoog vermogen. | |
|
chemische eigenschap | Zeer hoge corrosiebestendigheid, bestand tegen vrijwel alle bekende corrosieve stoffen bij kamertemperatuur. |
| Het SiC-oppervlak oxideert gemakkelijk tot SiO, een dunne laag. Deze laag kan verdere oxidatie voorkomen. Boven de 1700℃ smelt de oxidefilm en oxideert deze snel. | |
| De bandgap van 4H-SIC en 6H-SIC is ongeveer 3 keer zo groot als die van Si en 2 keer zo groot als die van GaAs: De doorslagsterkte van het elektrische veld is een orde van magnitude hoger dan bij silicium, en de elektronendriftsnelheid is verzadigd. Tweeënhalf keer de Si. De bandgap van 4H-SiC is groter dan die van 6H-SiC. |
Geplaatst op: 1 augustus 2022