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              氮化鎵是何方神圣?氮化鎵知識

              2020-12-09 14:31:40

              氮化鎵是何方神圣?有很多人看到一定是滿滿的疑惑。

              氮化鎵

              為了大家能夠學到新知識真是操碎了心。對比了下各大資料網站,鮮少能看到泛氮化鎵半導體知識如此全面的網站,點進去看真是干貨滿滿??!今天就做一個氮化鎵材料的解讀吧。


              氮化鎵(GaN),是由氮和鎵組成的一種半導體材料,因為其禁帶寬度大于2.2eV,又被稱為寬禁帶半導體材料,在國內也稱為第三代半導體材料。


              氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電場高、飽和電子速率大、熱導率高、化學性質穩定和抗輻射能力強等優點,成為高溫、高頻、大功率微波器件的首要材料之一。其目前主要用于功率器件領域,未來在高頻通信領域也將有極大應用潛力。


              在任何電源系統設計中,某種程度的電源轉換損耗是肯定的,但由于寬頻間隙, GaN明顯比硅表現出更低的損耗,這也意謂著更好的電源轉換效能。因為GaN片可比等效的硅片更小,使用此技術的元件可被置于尺寸更小的封裝規格中。由于其高流動性,GaN在用于要求快速開關的電路中效能極高。圖1顯示GaN HEMT元件的實體結構以及它如何相似于現有的MOSFET技術。 GaN中的側向電子流同時提供低導通損耗(低導通阻抗)和低開關損耗。而且,提高的開關速度也有助于節省空間,因為電源電路所含被動件可以更少,配套的磁性元件中使用的線圈可以更小。此外, GaN提供的更高的電源轉換效能意味著更少的散熱量—縮小了需要分配給熱管理的空間。


              氮化鎵外延片的用來制造器件有很多具體的指標,包括晶格缺陷、徑向偏差、電阻率、摻雜水平、表面粗糙度、翹曲度等,在不同的襯底材料長的外延層晶體質量差別較大。


              襯底材料是半導體照明產業技術發展的基石。不同的襯底材料,需要不同的外延生長技術、芯片加工技術和器件封裝技術,襯底材料決定了半導體照明技術的發展路線。


              氮化鎵市場前景


              在5G基站等射頻領域方面,射頻氮化鎵技術是5G的絕配,基站功放使用氮化鎵。氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)是射頻應用中常用的三五價半導體材料。與砷化鎵和磷化銦等高頻工藝相比,氮化鎵器件輸出的功率更大;與LDCMOS和碳化硅(SiC)等功率工藝相比,氮化鎵的頻率特性更好。氮化鎵器件的瞬時帶寬更高,基站應用需要更高的峰值功率,這些因素都促成了基站接受氮化鎵器件。


              在電力電子領域方面,氮化鎵技術有望大幅改進電源管理、發電和功率輸出等應用。GaN在未來幾年將在許多應用中取代硅,其中,快充是第yi個可以大規模生產的應用。GaN器件在高頻、高轉換效率、低損耗、耐高溫上具有極大的優勢,隨著5G手機耗電量增加,大功率快充將成為標配,GaN快充技術可以很好地解決大電池帶來的充電時長問題。


              氮化鎵發展面臨的問題


              1、原材料短缺。氮化鎵是自然界沒有的物質,完全要靠人工合成,并且由于反應時間長,速度慢,反應副產物多,設備要求苛刻,技術異常復雜,所以產能極低。


              2、原始創新能力低。國內開展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比較晚,與國外相比水平較低,且氮化鎵是重要國防軍工產品的關鍵技術,國外對我國技術封鎖,目前我國氮化鎵核心材料、器件原始創新能力仍相對薄弱。


              3、氮化鎵封裝成本極高。氮化鎵主要用金屬陶瓷封裝,封裝成本占到整個器件成本的三分之一到一半。盡管業界已經在嘗試純銅、塑封、空腔塑封等形式來替代金屬陶瓷封裝,但由于金屬陶瓷封裝在性能、散熱與可靠性上的優勢,仍然是氮化鎵器件的首要封裝。

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