तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक उद्योग क्या है?

अर्धचालक सामग्री को कालानुक्रमिक क्रम में तीन पीढ़ियों में वर्गीकृत किया जा सकता है। पहली पीढ़ी में जर्मेनियम और सिलिकॉन जैसे सामान्य मौलिक सामग्री होती है, जो सुविधाजनक स्विचिंग की विशेषता होती है और आमतौर पर एकीकृत सर्किट में उपयोग की जाती है। दूसरी पीढ़ी के यौगिक अर्धचालक जैसे कि गैलियम आर्सेनाइड और इंडियम फॉस्फाइड मुख्य रूप से ल्यूमिनसेंट और संचार सामग्री में उपयोग किए जाते हैं। तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक में मुख्य रूप से यौगिक अर्धचालक शामिल हैंसिलिकन कार्बाइडऔर गैलियम नाइट्राइड, साथ ही हीरे जैसे विशेष तत्व। इसके उत्कृष्ट भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ, सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री धीरे -धीरे बिजली और रेडियो आवृत्ति उपकरणों के क्षेत्रों में लागू की जा रही है।

तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक में बेहतर वोल्टेज का सामना करना पड़ता है और उच्च-शक्ति वाले उपकरणों के लिए आदर्श सामग्री होती है। तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक मुख्य रूप से सिलिकॉन कार्बाइड और गैलियम नाइट्राइड सामग्री से मिलकर बनते हैं। SIC की बैंडगैप की चौड़ाई 3.2EV है, और GAN की 3.4EV है, जो कि 1.12EV पर SI की बैंडगैप चौड़ाई से अधिक है। क्योंकि तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक में आम तौर पर एक व्यापक बैंड गैप होता है, उनके पास बेहतर वोल्टेज प्रतिरोध और गर्मी प्रतिरोध होता है, और अक्सर उच्च-शक्ति वाले उपकरणों में उपयोग किया जाता है। उनमें से, सिलिकॉन कार्बाइड ने धीरे-धीरे बड़े पैमाने पर आवेदन में प्रवेश किया है। बिजली उपकरणों के क्षेत्र में, सिलिकॉन कार्बाइड डायोड और MOSFETS ने वाणिज्यिक अनुप्रयोग शुरू कर दिया है।

सब्सट्रेट के रूप में सिलिकॉन कार्बाइड के साथ बनाए गए पावर डिवाइसों में सिलिकॉन-आधारित बिजली उपकरणों की तुलना में प्रदर्शन में अधिक फायदे हैं: (1) मजबूत उच्च-वोल्टेज विशेषताओं। सिलिकॉन कार्बाइड का ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड स्ट्रेंथ सिलिकॉन से दस गुना से अधिक है, जो सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के उच्च-वोल्टेज प्रतिरोध को एक ही सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में काफी अधिक बनाता है। (२) बेहतर उच्च तापमान विशेषताओं। सिलिकॉन कार्बाइड में सिलिकॉन की तुलना में अधिक तापीय चालकता होती है, जिससे उपकरणों के लिए गर्मी को प्रसारित करना और उच्च अंतिम ऑपरेटिंग तापमान की अनुमति मिलती है। उच्च तापमान प्रतिरोध गर्मी अपव्यय प्रणाली के लिए आवश्यकताओं को कम करते हुए, टर्मिनल को हल्का और छोटा बनाती है, जबकि उच्च तापमान प्रतिरोध बिजली घनत्व में काफी वृद्धि कर सकता है। (3) कम ऊर्जा हानि। सिलिकॉन कार्बाइड में सिलिकॉन के दो बार एक संतृप्ति इलेक्ट्रॉन बहाव दर होती है, जो सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों को बहुत कम प्रतिरोध और कम ऑन-हार बनाता है। सिलिकॉन कार्बाइड में सिलिकॉन की तीन बार एक बैंडगैप की चौड़ाई होती है, जो सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों के रिसाव वर्तमान को काफी कम कर देती है, जिससे बिजली की हानि कम हो जाती है। सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों में टर्न-ऑफ प्रक्रिया के दौरान वर्तमान टेलिंग नहीं होती है, कम स्विचिंग लॉस होता है, और व्यावहारिक अनुप्रयोगों में स्विचिंग आवृत्ति में काफी वृद्धि होती है।

प्रासंगिक आंकड़ों के अनुसार, एक ही विनिर्देश के सिलिकॉन कार्बाइड-आधारित MOSFETS की ऑन-रेसिस्टेंस सिलिकॉन-आधारित MOSFETS का 1/200 है, और उनका आकार सिलिकॉन-आधारित MOSFETS का 1/10 है। एक ही विनिर्देश के इनवर्टर के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड-आधारित MOSFETS का उपयोग करके सिस्टम की कुल ऊर्जा हानि सिलिकॉन-आधारित IGBTS का उपयोग करने की तुलना में 1/4 से कम है।

विद्युत गुणों में अंतर के अनुसार, सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: अर्ध-इंसुलेटिंग सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट और प्रवाहकीय सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट। इन दो प्रकार के सब्सट्रेट, के बादउपकला वृद्धि, क्रमशः बिजली उपकरणों और रेडियो आवृत्ति उपकरणों जैसे असतत उपकरणों के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है। उनमें से, अर्ध-इंसुलेटिंग सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट मुख्य रूप से गैलियम नाइट्राइड आरएफ उपकरणों, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, आदि के निर्माण में उपयोग किए जाते हैं। अर्ध-इंसुलेटिंग सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट पर गैलियम नाइट्राइड एपिटैक्सियल लेयर्स बढ़ते हुए, सिलिकॉन कार्बाइड-आधारित गैलियम नाइट्राइड डावर्ड्स हेमट। प्रवाहकीय सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट मुख्य रूप से बिजली उपकरणों के निर्माण में उपयोग किए जाते हैं। सिलिकॉन पावर उपकरणों की पारंपरिक विनिर्माण प्रक्रिया के विपरीत, सिलिकॉन कार्बाइड पावर डिवाइस सीधे सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट पर गढ़े जा सकते हैं। इसके बजाय, एक सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल परत को एक सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल वेफर प्राप्त करने के लिए एक प्रवाहकीय सब्सट्रेट पर उगाने की आवश्यकता होती है, और फिर शोट्की डायोड, MOSFETS, IGBTS और अन्य बिजली उपकरणों को एपिटैक्सियल परत पर निर्मित किया जा सकता है।