第三代半导体材料是研究方向之一 第三代半导体是什么意思?

时间:2021-06-17 03:23:37 阅读:33729

第三代半导体材料是研究方向之一 第三代半导体是什么意思?

第三代半导体是什么意思?

半导体第三代是指:禁带宽度大于2.2eV的半导体材料,也称为宽禁带半导体材料。半导体产业发展至今经历了三个阶段,第一代半导体材料以硅为代表第二代半导体材料砷化镓也已经广泛应用而以氮化镓和碳化硅、氧化锌、氧化铝、金刚石等宽禁带为代表的第三代半导体材料,相较前两代产品性能优势显著。

如果依然对第三代半导体材料感到陌生,可以抬头看看家中无处不在的LED(发光二-极管)灯。氮化镓基蓝 光L .ED的发明使高效白光LED照明得以实现,引起了人类照明光源的又一-次革命。

当然,氮化镓基蓝光LED仅仅只是一个开端,第三代半导体实际上拥有着更大、更广阔的市场发展空间。由于第三代半导体具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点,因此在短波发光、激光、探测等光电子器件和高温、高压、高频大功率的电子电力器件领域拥有广阔应用前景。

二维半导体材料有哪些?

第一代的半导体材料:硅(Si)、锗(Ge)

在半导体材料的发展历史上,1990年代之前,作为第一代的半导体材料以硅材料为主占绝对的统治地位。目前,半导体器件和集成电路仍然主要是用硅晶体材料制造的,硅器件构成了全球销售的所有半导体产品的95%以上。硅半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个信息产业的飞跃。

第二代半导体材料:砷化镓 (GaAs)、磷化铟 (InP)

随着以光通信为基础的信息高速公路的崛起和社会信息化的发展,以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料崭露头角,并显示其巨大的优越性。砷化镓和磷化铟半导体激光器成为光通信系统中的关键器件,同时砷化镓高速器件也开拓了光纤及移动通信的新产业。

第三代半导体材料:氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)

图四、GaN与Si和SiC比较图

第三代半导体材料的兴起,是以氮化镓材料P型掺杂的突破为起点,以高效率蓝绿光发光二极管和蓝光半导体激光器的研制成功为标志的,它在光显示、光存储、光照明等领域将有广阔的应用前景。

以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体材料,具备高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能,更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件,是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”,在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景,有望突破传统半导体技术的瓶颈,与第一代、第二代半导体技术互补,对节能减排、产业转型升级、催生新的经济增长点将发挥重要作用。

第三代半导体材料是目前全球战略竞争新的制高点。也是我们国家的重点扶持行业。十二五”期间,863计划重点支持了“第三代半导体器件制备及评价技术”项目。

第四代半导体材料:氧化镓(Ga2O3)

图五、氧化镓(Ga2O3)结构图及原子力显微镜图像

作为新型的宽禁带半导体材料,氧化镓(Ga2O3)由于自身的优异性能,凭借其比第三代半导体材料SiC和GaN更宽的禁带,在紫外探测、高频功率器件等领域吸引了越来越多的关注和研究。氧化镓是一种宽禁带半导体,禁带宽度Eg=4.9eV,其导电性能和发光特性良好,因此,其在光电子器件方面有广阔的应用前景,被用作于Ga基半导体材料的绝缘层,以及紫外线滤光片。这些是氧化镓的传统应用领域,而其在未来的功率、特别是大功率应用场景才是更值得期待的。

半导体材料的种类丰富多彩,除了上述典型材料,还有有机半导体、陶瓷半导体等材料,它们具有其独特的性质和应用。

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