Pourquoi la troisième génération de semi-conducteurs est-elle si populaire?

Les semi-conducteurs de troisième génération sont actuellement le sujet le plus en vogue dans le domaine de la haute technologie, jouant un rôle indispensable dans le développement de la 5G, des véhicules électriques, des énergies renouvelables et de l'industrie 4.0Même si nous entendons souvent parler de ces développements, beaucoup de gens n'en ont toujours qu'une compréhension vague.Nous vous fournirons la perspective la plus simple et complète pour vous aider à comprendre cette technologie clé qui est prête à façonner l'avenir de l'industrie technologique..

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur de troisième génération à large bande?

Quand on parle de la troisième génération de semi-conducteurs, présentons d'abord brièvement la première et la deuxième génération.le semi-conducteur de première génération est le silicium (Si), et le semi-conducteur de deuxième génération est l'arsenure de gallium (GaAs)." WBG) comprend le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN).

Le "bandgap" dans les semi-conducteurs à large bande représente "l'écart d'énergie requis pour qu'un semi-conducteur passe d'un état isolant à un état conducteur".

Le silicium et l'arsenure de gallium, en tant que semi-conducteurs de première et deuxième générations, ont des bandes faibles, avec des valeurs de 1,12 eV et 1,43 eV, respectivement.les intervalles de bande des semi-conducteurs de troisième génération (à large bande) SiC et GaN sont de 3Par conséquent, lorsqu'elles sont soumises à des températures, pressions ou courants élevés, elles peuvent être exposées à des ondes de température supérieure ou inférieure à 0,2 eV et 3,4 eV respectivement.les semi-conducteurs de troisième génération sont moins susceptibles de passer de l'état isolant à celui conducteur que les semi-conducteurs de première et deuxième générationsIls présentent des caractéristiques plus stables et une meilleure capacité de conversion d'énergie.

Idées fausses sur les semi-conducteurs de troisième génération

Avec l'avènement de la 5G et de l'ère des véhicules électriques, la demande de haute fréquence, de calcul à grande vitesse et de recharge rapide a augmenté.Le silicium et l'arsenure de gallium ont atteint leur limite en termes de température.En outre, lorsque les températures de fonctionnement dépassent 100 degrés, les deux premières générations de produits sont plus sujettes à la défaillance,les rendant impropres aux environnements difficilesAvec l'accent mis à l'échelle mondiale sur les émissions de carbone, les semi-conducteurs de troisième génération à haut rendement et à faible consommation d'énergie sont devenus les nouveaux favoris de l'ère.

Les semi-conducteurs de troisième génération peuvent maintenir des performances et une stabilité excellentes même à haute fréquence.et dissipation de chaleur rapideLorsque les tailles des puces sont considérablement réduites, elles contribuent à simplifier la conception des circuits périphériques, réduisant ainsi le volume des modules et des systèmes de refroidissement.

Beaucoup de gens croient à tort que les semi-conducteurs de troisième génération sont accumulés à partir des progrès technologiques des première et deuxième générations, mais ce n'est pas tout à fait vrai.Comme le montre le schéma, ces trois générations de semi-conducteurs développent des technologies en parallèle.

Le SiC et le GaN ont chacun leurs propres avantages et leurs domaines de développement différents.

Après avoir compris les différences entre les trois premières générations de semi-conducteurs, nous nous concentrons ensuite sur les matériaux de la troisième génération de semi-conducteurs - SiC et GaN.Ces deux matériaux ont des applications légèrement différentesActuellement, les composants GaN sont couramment utilisés dans des domaines dont la tension est inférieure à 900 V, tels que les chargeurs, les stations de base et autres produits à haute fréquence liés aux communications 5G;d'autre part, est utilisé dans les applications avec des tensions supérieures à 1200V, telles que les véhicules électriques.

Le SiC est composé de silicium (Si) et de carbone (C), avec une forte liaison et une stabilité en termes de chaleur, de chimie et de mécanique.Le SiC est adapté aux applications à haute tension et à courant élevé, tels que les véhicules électriques, les infrastructures de recharge des véhicules électriques, les équipements de production d'énergie solaire et éolienne offshore.

En outre, le SiC lui-même utilise une technologie d'"épitaxie homogène", de sorte qu'il a une bonne qualité et une fiabilité élevée des composants.,Comme il s'agit d'un dispositif vertical, il a une forte densité de puissance.

Actuellement, le système d'alimentation des véhicules électriques fonctionne principalement entre 200V et 450V, et les modèles haut de gamme passeront à 800V à l'avenir, ce qui en fera le principal marché pour le SiC.La fabrication de plaquettes en SiC est difficile, avec des exigences élevées pour le cristal source du cristal long, qui n'est pas facilement obtenu.la difficulté de la technologie des longs cristaux signifie que la production à grande échelle n'est toujours pas possible à l'heure actuelle, qui sera élaborée ultérieurement.

Le GaN est une composante latérale qui pousse sur différents substrats, tels que les substrats SiC ou Si, en utilisant la technologie de l'"épitaxie hétérogène".Les films minces GaN produits par cette méthode sont de qualité relativement médiocre.Bien qu'ils soient actuellement utilisés dans des domaines de consommation tels que la recharge rapide, certains doutes subsistent quant à leur utilisation dans les véhicules électriques ou les applications industrielles.qui est aussi une direction que les fabricants sont désireux de percer.

Les domaines d'application du GaN comprennent les appareils de puissance haute tension (Power) et les composants haute fréquence (RF).alors que les technologies couramment utilisées telles que Bluetooth, le Wi-Fi et le positionnement GPS sont des exemples de composants de radiofréquence RF.

En ce qui concerne la technologie des substrats, le coût de production des substrats GaN est relativement élevé.Les dispositifs de puissance GaN actuellement disponibles sur le marché sont fabriqués à l'aide de deux types de plaquettes.: GaN-sur-Si (nitrure de gallium sur le silicium) et GaN-sur-SiC (nitrure de gallium sur le carbure de silicium).

Les applications couramment entendues de la technologie de processus GaN, telles que les appareils de radiofréquence RF GaN et PowerGaN, sont dérivées de la technologie de substrat GaN-sur-Si.en raison des difficultés rencontrées dans la fabrication de substrats de carbure de silicium (SiC), la technologie est principalement contrôlée par quelques fabricants internationaux, tels que Cree et II-VI aux États-Unis, et ROHM Semiconductor.