Porque é que o semicondutor de terceira geração é tão popular?

O semicondutor de terceira geração é atualmente o tópico mais candente no campo da alta tecnologia, desempenhando um papel indispensável no desenvolvimento do 5G, veículos elétricos, energia renovável e indústria 4.0Mesmo que ouçamos muitas vezes sobre esses desenvolvimentos, muitas pessoas ainda têm apenas uma compreensão vaga deles.Vamos fornecer a perspectiva mais direta e abrangente para ajudá-lo a entender esta tecnologia chave que está pronta para moldar o futuro da indústria da tecnologia.

O que é um semicondutor de terceira geração e banda larga?

Quando falamos de semicondutores de terceira geração, vamos primeiro introduzir brevemente a primeira e segunda gerações.o semicondutor de primeira geração é o silício (Si)O semicondutor de terceira geração (também conhecido como "semicondutor de banda larga"," WBG) inclui carburo de silício (SiC) e nitruro de gálio (GaN).

O "bandgap" em semicondutores de banda larga representa "a lacuna de energia necessária para que um semicondutor faça a transição de estados isolantes para condutores".

O silício e o arsênio de gálio, como semicondutores de primeira e segunda gerações, têm intervalos de banda baixos, com valores de 1,12 eV e 1,43 eV, respectivamente.os intervalos de banda dos semicondutores de terceira geração (amplo-bandgap) SiC e GaN são 3Por conseguinte, quando expostos a altas temperaturas, pressões ou correntes,Os semicondutores de terceira geração são menos propensos a passar de estados isolantes para condutores em comparação com as primeiras e segundas geraçõesExistem características mais estáveis e melhores capacidades de conversão de energia.

Conceitos errôneos comuns sobre semicondutores de terceira geração

Com o advento da era 5G e dos veículos elétricos, a demanda por computação de alta frequência, alta velocidade e carregamento rápido aumentou.O silício e o arsenieto de gálio atingiram os seus limites em termos de temperatura.Além disso, quando as temperaturas de funcionamento ultrapassam os 100 graus, as duas primeiras gerações de produtos são mais propensas a falhar,tornando-os inadequados para ambientes adversosCom o foco global nas emissões de carbono, os semicondutores de alta eficiência e baixo consumo de energia da terceira geração tornaram-se os novos favoritos da era.

Os semicondutores de terceira geração podem manter um excelente desempenho e estabilidade mesmo em altas frequências.e rápida dissipação de calorQuando os tamanhos dos chips são muito reduzidos, eles ajudam a simplificar a concepção de circuitos periféricos, reduzindo assim o volume de módulos e sistemas de arrefecimento.

Muitas pessoas acreditam erroneamente que os semicondutores de terceira geração são acumulados a partir dos avanços tecnológicos da primeira e segunda gerações, mas isso não é inteiramente verdade.Como se vê no diagrama, estas três gerações de semicondutores estão realmente a desenvolver tecnologias em paralelo.

O SiC e o GaN têm cada um as suas próprias vantagens e diferentes áreas de desenvolvimento.

Depois de compreender as diferenças entre as três primeiras gerações de semicondutores, então nos concentramos nos materiais da terceira geração de semicondutores - SiC e GaN.Estes dois materiais têm áreas de aplicação ligeiramente diferentesAtualmente, os componentes GaN são comumente utilizados em campos com tensões abaixo de 900V, como carregadores, estações base e outros produtos de alta frequência relacionados com comunicações 5G;por outro lado, é utilizado em aplicações com tensões superiores a 1200 V, como veículos elétricos.

O SiC é composto de silício (Si) e carbono (C), com forte ligação e estabilidade em termos térmicos, químicos e mecânicos.O SiC é adequado para aplicações de alta tensão e alta corrente, tais como veículos elétricos, infraestruturas de carregamento de veículos elétricos, equipamentos de produção de energia solar e eólica offshore.

Além disso, o próprio SiC utiliza a tecnologia de "epitaxia homogênea", por isso tem boa qualidade e alta confiabilidade dos componentes.,Como é um dispositivo vertical, tem uma alta densidade de potência.

Atualmente, o sistema de alimentação dos veículos elétricos opera principalmente entre 200 e 450 V, e os modelos de gama superior irão avançar para 800 V no futuro, tornando-se o principal mercado de SiC.A fabricação de wafers de SiC é difícil, com exigências elevadas para o cristal de origem do cristal longo, que não é facilmente obtido.A dificuldade da tecnologia de cristais longos significa que a produção em larga escala ainda não é viável no momento, que será elaborado mais adiante.

O GaN é um componente lateral que cresce em diferentes substratos, como substratos de SiC ou Si, usando a tecnologia de "epitaxia heterogênea".Os filmes finos de GaN produzidos por este método têm uma qualidade relativamente baixa.Apesar de serem actualmente utilizados em áreas de consumo, como o carregamento rápido, há algumas dúvidas sobre a sua utilização em veículos eléctricos ou aplicações industriais.que também é uma direção que os fabricantes estão ansiosos para romper.

As áreas de aplicação do GaN incluem dispositivos de potência de alta tensão (Power) e componentes de alta frequência (RF).enquanto as tecnologias comumente utilizadas como Bluetooth, Wi-Fi e posicionamento GPS são exemplos de componentes de radiofrequência RF.

Em termos de tecnologia de substrato, o custo de produção dos substratos de GaN é relativamente elevado, pelo que os componentes de GaN são, na sua maioria, baseados em substratos de silício.Os dispositivos de potência GaN actualmente disponíveis no mercado são fabricados utilizando dois tipos de wafers.: GaN-on-Si (nitruro de gálio no silício) e GaN-on-SiC (nitruro de gálio no carburo de silício).

Aplicações de tecnologia de processo de GaN comumente ouvidas, como dispositivos de radiofrequência GaN RF e PowerGaN, são derivadas da tecnologia de substrato GaN-on-Si.devido às dificuldades no fabrico de substratos de carburo de silício (SiC), a tecnologia é controlada principalmente por alguns fabricantes internacionais, como Cree e II-VI nos Estados Unidos e ROHM Semiconductor.