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氮化镓GaN第三代半导体材料

2022-10-21 10:00:54 来源:半导体器件应用网

GaN是一种新型的半导体材料,中文名为氮化镓,英文名称是 Gallium nitride。它是氮和镓的化合物,是一种直接能隙(Direct Bandgap)的半导体,也是一种宽禁带半导体材料。与碳化硅(SiC)一起被成为“第三代半导体材料”,而第三代半导体材料正凭借其优越的性能和巨大的市场前景,成为全球半导体市场争夺的焦点。

与GaN相比,实际上同为第三代半导体材料的SiC的应用研究起步更早,而之所以GaN近年来更为抢眼,主要的原因有两点:第一,GaN在降低成本方面显示出了更强的潜力,目前主流的GaN技术厂商都在研发以Si为衬底的GaN的器件,以替代昂贵的SiC衬底;第二,由于GaN器件是个平面器件,与现有的Si半导体工艺兼容性强,这使其更容易与其他半导体器件集成。

氮化镓(GaN)具有更高的击穿电压(使用GaN时大于200V),能够承受高的输入/输出错配(通常>15:1VSWR),具有更高的结温,平均无故障时间为一百万个小时。此外,它还具有热导率高、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性。

相较于传统的硅基半导体,GaN能够提供显著的优势来支持功率应用,这些优势包括在更高功率获取更大的节能效益,以致寄生功耗大幅降低;GaN材料也容许更多精简元件的设计以支持更小的尺寸外观。这与半导体行业一贯的“调性”是吻合的。

GaN首先从上世纪90年代开始在LED领域大放异彩,自20世纪初以来,GaN功率器件已经逐步商业化。2010年,第一个GaN功率器件由IR投入市场,自商用功率GaN器件首次发布以来,越来越多的企业进入该产业链。

氮化镓通常用于微波射频、电力电子和光电子三大领域。具体而言,微波射频 方向包含了 5G 通信、雷达预警、卫星通讯等应用;电力电子方向包括了智能电网、高速轨道交通、新能源汽 车、消费电子等应用;光电子方向包括了 LED、激光器、光电探测器等应用。

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