什么是氮化壳,GAN半导体

硝酸盐,GAN技术越来越多地在电子设计的许多领域中使用,因此了解材料实际上是非常有用的。


半导体包括:
什么是半导体孔和电子半导体材料复合半导体硅碳化物,原文硝酸盐,甘恩


氮化炮,GAN技术越来越多地用作半导体材料,因为可以制造许多具有性能的设备,而硅无法与硅无法相同。

尤其是GAN技术用于发射二极管,它散发出蓝光,它一直是蓝光盘的基石,并将其名称命名为技术。

但是,氮化碳也越来越多地用于半导体电源设备,RF和微波半导体组件以及激光器和光子学。

对于RF设计和通用电力电子应用,越来越多地看到包括GAN FET或GAN MOSFET的设备。

在接下来的几年中,预计GAN技术的使用将增加,因为对更高功率的需求,更高的性能半导体将会增加。从电路到RF设计,LED等等,一切。

什么是氮化炮,GAN-物理特性

氮化炮具有许多独特的特性作为一种材料。从化学上讲,它包含胆管,其原子量为31,氮和原子数为7。

这两个元素结合在一起形成所谓的强大的Wurtzite结构。该材料非常强大,熔点约为2500°C。

硝酸盐,GAN在性质上并非天然出现,必须化学合成。这是通过服用韧带和氨的高温和压力来实现的。

但是,材料存在问题,因为可以实现的大小和纯度存在局限性。它具有复杂的晶体结构,称为Wurtzite结构,因此,它容易出现高位的高位密度范围从10中的1个8至1 in1010缺陷。

下表列出了氮化凝剂的物理特性的摘要。


氮化甲带的主要物理特性
特性 单位 碳化硅
密度 g/cm3 6.1
硬度 GPA 大约12
断裂韧性 mpa.m1/2 约0.80
热膨胀系数 10-6/°K
导热系数 w cm-1°K-1> 1.3
折射率 不适用 - 仅比率 2.429
溶解度 不适用 无法解决
熔点 °C 〜2500

什么是氮化壳 - 电性能

氮化炮也具有许多电气性能作为半导体,使其非常有用,因此它用于甘施肖特基二极管,gan fets,gan mosfets,gan hemts等的许多设备中。

氮化炮称为宽带的宽带半导体材料。它具有六边形的晶体结构。就其半导体特性而言,带隙是将电子从其围绕核中释放出的轨道所需的能量。借助3.4 eV,带隙的氮化岩超过了硅的三倍,这意味着它通常被称为宽带隙半导体,或者只能称为“ WBG”。


半导体设备中使用的氮化壳的主要电气性能
财产 si
能源带隙:EG(EV) 1.12 3.2
电子迁移率:µn(厘米2/vs 1400 1250
故障字段:Eb(v/cm)x106 0.3 3
饱和漂移速度:Vs(cm/s)x107 1 2.7
相对介电常数:Es 11.8 9.5

氮化炮是III / V组直接带隙半导体。它的高温能力及其高电子迁移率意味着它非常适合在许多半导体设备中使用,包括GAN FET,GAN MOSFETS GAN HEMTS和更多设备。

进一步看,所有半导体材料都具有称为带隙的内容。带隙是一个固体中不存在电子的固体中的能量范围。换句话说,带隙与固体材料如何传导电力有关。硅的带隙为1.12 eV,而氮化炮的带有3.4 eV带隙,碳化硅的带隙为3.26EV*。

具有较大或宽带的半导体称为宽带隙半导体。更宽的带隙意味着半导体可以维持更高的电压和更高的温度。这种宽带隙使硝酸盐和其他宽带隙半导体可用于许多电源应用:电源和RF功率放大器,因为它们具有较高的效率以及较高的弹性水平。

氮掺杂壳

显然,与GAN技术相关的关键问题之一是掺杂材料的方式。半导体需要用合适的材料掺杂,以使其变为导电,否则它将保持绝缘体。

尽管仅需要一种n型材料,因此需要P型和N型材料,但使用N型,因为它使用电子而不是孔,并且电子迁移率远高于孔。

通常,GAN晶体结构将接受P型或N型材料的数量有限的元素。

  • n型甘:硅或锗可用作掺杂剂,以生产N型硝酸盐。

  • P型甘:生产P型硝酸盐的过程更难管理。镁是唯一可以产生P型GAN的杂质。这一过程受到了重大局限性。镁的电离能量比常规半导体技术中使用的典型掺杂剂要大得多。这意味着需要高浓度的镁杂质才能达到可用设备所需的孔浓度。除此之外,需要高温后生长退火来激活镁受体,镁受体在典型的生长过程中被氢钝化。总的来说,这个过程很难令人满意地实现。

尽管GAN技术在许多领域都非常先进,但生产P型半导体的困难限制了GAN技术吸收的某些领域。

gan制造

近年来,随着对这些设备的需求的增加,GAN Technology的生产是氮化岩的生产,GAN技术已大大推动。

一些早期的GAN FET是在2006年左右生产的,这些是增强模式设备。

GAN半导体技术的主要问题是生根晶体的生长。对于硅,一种称为Czochralski工艺的过程用于绘制硅晶体,但使用GAN不可能。

取而代之的是,化学蒸气沉积需要用于将氮化壳生长到伪底物上。这增加了该过程的时间和成本,并且没有像使用Czochralski工艺那样产生砷化炮。

一旦形成底物,就可以使用用于硅设备的一些相同过程产生gan Fet,Gan MOSFET等。这意味着硅和甘之间的成本差异并不像以前那样大。

Toady从GAN MOSFET到Gan Schottky二极管以及许多创新的光子设备都生产了各种各样的GAN半导体设备。

GAN制造工艺通常使用硅或碳化硅作为底物,即Si或SiC上的GAN。

每个底物都有自己的优势和缺点。与碳化硅相比,硅的成本较低,但SIC的GAN提供了更高的可靠性和功率。因此,对SIC的GAN是许多RF功率和其他应用的首选方法。

GAN技术优势和缺点

与任何东西一样,使用GAN技术也有优势和缺点。幸运的是,大多数要点都是优点,因此现在许多电路都使用了诸如GAN MOSFET和其他GAN技术之类的设备。

GAN技术优势

  • 宽带盖:宽带隙半导体允许设备比常规半导体材料以更高的电压,频率和温度运行。

  • 高分子:GAN半导体的宽带隙使它们具有高击穿电压。这使它们可以更轻松地用于高电压和高电源系统。

  • 高电子迁移率:高电子迁移率使设备能够更快地响应,从而使其具有高频率的操作,更快的开关速度以及在ONT和OFF状态之间的更快过渡。

  • 提高开关速度:较高的开关速度,因此在SMPS电路中切换的操作频率较高,导致在电路中使用较小的电感器和电容器。电感和电容刻度与频率成比例。这可能会导致体重和体积大大减少,进而反映出成本。

  • 降低系统成本:GAN半导体通常比其硅等效物高的成本高,但是通常可以通过使用GAN设备来降低系统水平成本,因为通常可以降低单位的大小以及提高效率和速度(包括操作频率(包括操作频率))通常意味着包括电感器和电容器在内的被动组件可能更小,因此更便宜。总体节省通常可以在10%至20%之间。

GAN技术缺点

  • P型材料的问题:GAN半导体的问题之一是生产P型材料。尽管这并不影响GAN技术的所有领域,但它确实在某些领域提出了一些主要问题。这意味着GAN对于速度需要互补输出,需要N型和P型半导体以及需要P型半导体的其他设备,而GAN对于逻辑不可行。

  • 基质:砷耐加仑非常稳定,这使得以与硅相同的方式种植材料的晶体非常困难。取而代之的是,GAN Technology使用了在称为伪造物上种植的砷化甘氨酸的技术。该技术引入了进一步的阶段,并难以生产GAN设备。

  • 底物位错和缺陷:制造GAN设备的另一个问题是晶体中发生的缺陷数量。这些发生,并以比硅的数量级高。这些引起了GAN设备内的重组和泄漏路径。

  • 导热系数:尽管砷耐加仑的导热率与硅的导热率相似,但甘恩装置(例如gan fets and gan二极管等)的制造涉及将材料层的层包含在内,例如GAN和氮化铝合金。这些导热率的水平很差,这可能是使用GAN技术的许多方面而不是其电性能的限制因素。

  • 制造成本:鉴于使用GAN技术在内的设备生产困难,包括GAN二极管和GAN MOSFET等,设备的成本往往要高得多。结果,电路设计人员需要权衡使用砷化炮器设备的成本 /性能优势。也就是说,在许多情况下,使用GAN技术使用设备可能会导致整体系统成本降低,但是需要注意确保在电路设计中实现这些好处。

在电路中使用GAN半导体可能会对整体电子电路设计产生非常积极的影响,尽管使用GAN技术制造设备的问题可能会导致更高的成本,尽管这些问题通常可以抵消整体收益并带来一定成本更高,成本完成设计。



GAN半导体的使用在许多电子领域都在增长。由于其在许多应用中的优势比硅具有优势,因此能够在性能方面提供显着改善。结果,GAN技术的发展正在向前发展,许多障碍可能会被克服,从而使技术更广泛地使用。


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