第一代、第二代、第三代半导体材料分别是?

第一代、第二代、第三代半导体材料分别是?,第1张

第一代半导体材料主要是指硅、锗元素半导体材料

第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)

氮化镓(

GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料。

和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有宽的禁带宽度,高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2ev),也称为高温半导体材料。

    硅(Si)是研究较早的半导体材料,是第一代半导体的代表。半个多世纪以来,硅半导体技术的长足发展极大地促进了电力和电子技术的进步。尤其到了20世纪70年代,集成电路制造技术的成熟,奠定了硅在整个半导体行业中的领军地位。目前,除了极少数微波加热电源还使用真空电子管之外,几乎所有的电力和电子器件都使用Si材料来制造。尤其在集成电路中,99%以上用的都是Si半导体材料。然而随着科学的进步和半导体技术的发展,Si由于材料本身的特点在某些应用领域的局限性逐渐表现出来。例如,其带隙较窄(~1.12eV)、载流子迁移率和击穿电场较低等,限制了其在光电子领域以及高频、高功率器件方面的应用L1。       第三代半导体也称为宽带隙半导体(禁带宽度超过2.0eV),如金刚石、碳化硅(SiC)、Ⅲ一V族氮化物、Ⅱ一Ⅵ族Zn基化合物及其固溶体等。其中以金刚石、SiC、氮化镓(GaN)和氧化锌(ZnO)为第三代半导体的代表材料。宽带隙使第三代半导体具有许多共同的性能特点,包括高熔点、高临界击穿电场、高热导率、小的介电常数、大的激子束缚能、大的压电系数以及较强的极化效应等。  SiC电学性能  SiC具有较高的临界击穿电场、高热导率和饱和电子迁移率等特点,适合于制造大功率、高温、高频和抗辐射的半导体器件。SiC热导率是si的3倍,SiC材料优良的散热性有助于提高器件的功率密度和集成度。SiC材料形态决定其禁带宽度的大小,但均大于si和GaAs的禁带宽度,降低SiC器件的泄漏电流,加上SiC的耐高温特性,使得SiC器件在高温电子工作领域优势明显。因其具有高硬度和高化学稳定性等特点,使得SiC材料能胜任恶劣的工作环境。一维SiC纳米材料具有较高的禁带宽度,可由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体,高强高韧等特点;适用于制造在恶劣环境下使用的电子器件。

硅和锗。

半导体材料可分为单质半导体及化合物半导体两类,前者如硅、锗等所形成的半导体,后者为砷化镓、氮化镓、碳化硅等化合物形成。半导体在过去主要经历了三代变化。砷化镓、氮化镓和碳化硅半导体分别作为第二代和第三代半导体的代表,相比第一代半导体高频性能、高温性能优异很多,制造成本更为高昂,可谓是半导体中的新贵。


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