Perché i semiconduttori di terza generazione sono così popolari?

Il semiconduttore di terza generazione è attualmente l'argomento più caldo nel campo dell'alta tecnologia, svolgendo un ruolo indispensabile nello sviluppo del 5G, dei veicoli elettrici, delle energie rinnovabili e dell'industria 4.0Anche se spesso sentiamo parlare di questi sviluppi, molte persone ne hanno ancora una comprensione vaga.Forniremo la prospettiva più semplice e completa per aiutarvi a capire questa tecnologia chiave che è pronta a plasmare il futuro del settore tecnologico.

Cos'è un semiconduttore di terza generazione e a banda larga?

Quando parliamo di semiconduttori di terza generazione, introduciamo brevemente la prima e la seconda generazione.il semiconduttore di prima generazione è il silicio (Si), e il semiconduttore di seconda generazione è l'arsenuro di gallio (GaAs)." WBG) comprende carburo di silicio (SiC) e nitruro di gallio (GaN).

Il "bandgap" nei semiconduttori a banda larga rappresenta "il gap energetico richiesto per un semiconduttore per passare da stati isolanti a conduttivi".

Il silicio e l'arsenuro di gallio, come semiconduttori di prima e seconda generazione, hanno intervalli di banda bassi, con valori di 1,12 eV e 1,43 eV, rispettivamente.i intervalli di banda dei semiconduttori di terza generazione (wide-bandgap) SiC e GaN sono pari a 3Pertanto, quando esposti a temperature elevate, pressioni o correnti,i semiconduttori di terza generazione hanno meno probabilità di passare da stati isolanti a conducenti rispetto alla prima e alla seconda generazioneEssi presentano caratteristiche più stabili e migliori capacità di conversione dell'energia.

Concepzioni errate comuni sui semiconduttori di terza generazione

Con l'avvento del 5G e dell'era dei veicoli elettrici, la domanda di dati ad alta frequenza, di calcolo ad alta velocità e di ricarica rapida è aumentata.Il silicio e l' arsenuro di gallio hanno raggiunto i loro limiti in termini di temperaturaInoltre, quando le temperature di funzionamento superano i 100 gradi, le prime due generazioni di prodotti sono più soggette a guasti,rendendoli inadatti ad ambienti difficiliCon l'attenzione globale sulle emissioni di carbonio, i semiconduttori di terza generazione ad alta efficienza e basso consumo energetico sono diventati i nuovi preferiti dell'epoca.

I semiconduttori di terza generazione possono mantenere prestazioni e stabilità eccellenti anche ad alte frequenze.e rapida dissipazione del caloreQuando le dimensioni dei chip sono notevolmente ridotte, contribuiscono a semplificare la progettazione dei circuiti periferici, riducendo così il volume dei moduli e dei sistemi di raffreddamento.

Molte persone credono erroneamente che i semiconduttori di terza generazione siano accumulati dai progressi tecnologici della prima e della seconda generazione, ma questo non è del tutto vero.Come si vede nel diagramma, queste tre generazioni di semiconduttori stanno sviluppando tecnologie in parallelo.

Il SiC e il GaN hanno ciascuno i propri vantaggi e aree di sviluppo diverse.

Dopo aver compreso le differenze tra le prime tre generazioni di semiconduttori, ci concentriamo sui materiali della terza generazione di semiconduttori - SiC e GaN.Questi due materiali hanno aree di applicazione leggermente diverseAttualmente, i componenti GaN sono comunemente utilizzati in settori con tensioni inferiori a 900V, come caricabatterie, stazioni base e altri prodotti ad alta frequenza relativi alle comunicazioni 5G; SiC,dall'altra parte, è utilizzato in applicazioni con tensioni superiori a 1200V, come i veicoli elettrici.

SiC è composto da silicio (Si) e carbonio (C), con forti legami e stabilità in termini di calore, chimica e meccanica.Il SiC è adatto per applicazioni ad alta tensione e corrente, quali i veicoli elettrici, le infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici, le apparecchiature di generazione di energia solare e eolica offshore.

Inoltre, il SiC stesso utilizza la tecnologia "epitaxia omogenea", quindi ha una buona qualità e un'elevata affidabilità dei componenti.,Dato che è un dispositivo verticale, ha un'elevata densità di potenza.

Attualmente, il sistema di alimentazione dei veicoli elettrici funziona principalmente tra i 200 e i 450 V, e i modelli di fascia superiore si muoveranno verso gli 800 V in futuro, rendendolo il principale mercato per il SiC.La produzione di wafer SiC è difficile, con elevati requisiti per il cristallo sorgente del cristallo lungo, che non è facilmente ottenuto.la difficoltà della tecnologia dei cristalli lunghi significa che la produzione su larga scala non è ancora fattibile al momento, che verrà ulteriormente approfondito in seguito.

Il GaN è una componente laterale che cresce su diversi substrati, come i substrati di SiC o Si, utilizzando la tecnologia di "epitaxia eterogenea".Le pellicole sottili di GaN prodotte con questo metodo hanno una qualità relativamente scadente.Sebbene siano attualmente utilizzati in settori di consumo come la ricarica rapida, ci sono alcuni dubbi sul loro utilizzo nei veicoli elettrici o nelle applicazioni industriali.che è anche una direzione che i produttori sono desiderosi di rompere.

Le aree di applicazione di GaN includono dispositivi di potenza ad alta tensione (Power) e componenti ad alta frequenza (RF).mentre le tecnologie comunemente utilizzate come il Bluetooth, Wi-Fi e posizionamento GPS sono esempi di componenti a radiofrequenza RF.

In termini di tecnologia dei substrati, il costo di produzione dei substrati di GaN è relativamente elevato, pertanto i componenti di GaN sono per lo più basati su substrati di silicio.I dispositivi di alimentazione GaN attualmente disponibili sul mercato sono fabbricati utilizzando due tipi di wafer: GaN-on-Si (nitruro di gallio sul silicio) e GaN-on-SiC (nitruro di gallio sul carburo di silicio).

Le applicazioni di tecnologia di processo GaN comunemente ascoltate, come i dispositivi a radiofrequenza GaN RF e PowerGaN, derivano dalla tecnologia del substrato GaN-on-Si.a causa delle difficoltà nella fabbricazione di substrati di carburo di silicio (SiC), la tecnologia è principalmente controllata da alcuni produttori internazionali, come Cree e II-VI negli Stati Uniti e ROHM Semiconductor.