3世代半導体の普及は? 4つの画像で,すぐにGaNとSiCの鍵となる技術を理解できます.

3代目の半導体は 現在ハイテク分野で最も熱い話題で 5G,電気自動車,再生可能エネルギー,産業4の発展において 不可欠な役割を果たしています0半導体の第3世代とは何か? このシリーズでは 半導体の第3世代について説明しますテクノロジー産業の未来を形作る 鍵となる技術を理解するために 最もシンプルで包括的な視点を提供します.

3代目の半導体と広帯域は?

半導体材料の分野では 半導体材料は1世代半導体はシリコン (Si)第3世代半導体 (広帯域半導体としても知られる) は,"WBG"にはシリコンカービッド (SiC) とガリウムナイトリッド (GaN) が含まれます.

広帯半導体における"帯差"は"半導体の隔離状態から導電状態への移行に必要なエネルギー差"を表します.

シリコンとガリウムアルセニドは,第一世代半導体と第二世代の半導体として,それぞれ1.12 eVと1.43 eVの値で低帯域があります.第3世代半導体 (ワイドバンドギャップ) の帯域間隔は SiC と GaN は 3 です..2eVと3.4eVです.したがって,高温,圧力,または電流にさらされると,第3世代の半導体は,第一世代と第二世代と比較して,隔熱状態から導電状態への移行が少ない.より安定した特性とより優れたエネルギー変換能力を示します.

三代目の半導体 に 関する 一般 的 な 誤解

5Gと電気自動車の時代が始まると 高周波高速コンピューティングや高速充電の需要が増加しましたシリコンとガリウムアルセニドは温度上の限界に達したさらに,動作温度が100度を超えると,最初の2世代の製品が故障しやすい.荒い環境に適さない炭素排出量への世界的な注力により 高効率で低エネルギー消費の 3世代半導体は 時代の新しいお気に入りになりました

3代目の半導体は,高周波でも優れた性能と安定性を維持できます.また,高速な切り替え速度,小さいサイズ,熱を素早く散布するチップのサイズが大きく縮小すると,周辺回路の設計を簡素化し,モジュールや冷却システムの容量を削減します.

多くの人は誤って 3代目の半導体は 1代目と 2代目の技術的進歩から蓄積されていると信じていますが これは完全に真実ではありません図に示されているようにこの3つの半導体の世代は 実は並行して技術を開発しています

SiCとGaNはそれぞれ 独自の利点と 異なる開発分野を持っています

半導体の3世代間の違いを理解した後 3代目の半導体の材料 - SiCとGaNに焦点を当てますこの2つの材料の応用領域は少し異なります現在,GaNコンポーネントは,充電器,ベースステーション,および5G通信に関連する他の高周波製品などの900V以下の電圧を持つ分野で一般的に使用されています.逆に電気自動車などの 1200V以上の電圧のアプリケーションで使用されます.

SiCは,シリコン (Si) と炭素 (C) から構成され,熱,化学,機械の観点から強い結合と安定性があります.低損失と高電力特性により,SiCは高電圧および高電流アプリケーションに適しています電気自動車,電気自動車の充電インフラ,太陽光発電と海上風力発電設備など

さらに,SiC 本体 は"均質 エピタキシー"技術 を 使い,品質 と 部品 の 信頼性 が 高かった.また,電動 車両 が SiC を 採用 する 主要 な 理由 も あり ます.,垂直装置なので 高い電源密度があります

現在,電気自動車の電源システムは主に200Vから450V間で動作し,上級モデルは将来的に800Vに向かい,SiCの主な市場になります.SiCウエフルの製造は困難です長い結晶の源結晶に高い要求があり,簡単に得られない.長い結晶技術の難しさは,現在も大規模生産が実現できないことを意味します詳細については後ほど説明します.

GaNは"異質エピタキシー"技術を用いて,SiCやSi基質などの異なる基質で成長する側面成分である.この方法によって生成されるGaN薄膜は比較的質が低い.現在,高速充電などの消費者分野で使用されているが,電気自動車や産業用アプリケーションでの使用については疑いがある.製造業者が 突破したい方向です.

GaNの応用分野には,高電圧電源装置 (Power) と高周波部品 (RF) が含まれる.電源はしばしば電源変換器や直流器として使用される.ブロードキャストのような技術が,Wi-Fi,GPS定位は RF 射频コンポーネントの例である.

基板技術に関しては,GaN基板の生産コストは比較的高いため,GaNコンポーネントは主にシリコン基板に基づいている.現在市場に出回っているGaN電源装置は,2種類のウエファーを使用して製造されています.: GaN-on-Si (シリコン上のガリウムナトリド) とGaN-on-SiC (シリコンカービッド上のガリウムナトリド)

一般的に聞かれるGaNプロセスの技術アプリケーションは,GaN RF無線周波数装置とPowerGaNなど,GaN-on-Si基板技術から派生している.シリコンカービッド基板 (SiC) の製造の困難によりこの技術は主にCreeや米国II-VI,ROHMセミコンダクターなどの数名の国際メーカーによって制御されています.