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第四代半导体技术原理与优势,为何值得期待?
来源:半导体材料与工艺设备 | 作者:隽思半导体设备部 | 发布时间: 2021-11-12 | 102 次浏览 | 分享到:
随着以SiC与GaN为主的第三代半导体应用逐渐落地,被视为第四代之超宽禁带氧化镓(Ga2O3)和钻石等新一代材料,成为下一波瞩目焦点,特别是Ga2O3 在超高功率元件应用有着不容小觑的潜力,而其优势与产业前景又究竟为何?


Ga2O3 技术原理与优势

虽然以Si基板为主的组件已主导现今科技产业之IC与相关之电子元件,然而此类产品仍面临许多极限,无论在高功率或是高频元件与系统,除不断精进结构设计外,新兴材料亦推陈出新。特别是第三代半导体以SiC与GaN为主之高功率元件与系统,在大电力与高频元件上被赋予重任,更已陆续应用在相关之产业。

尽管如此,被视为第四代之超宽禁带氧化镓(Ga2O3)和钻石等新一代材料,特别是Ga2O3 因其基板制作相较于SiC与GaN更容易,又因为其超宽禁带的特性,使材料所能承受更高电压的崩溃电压和临界电场,使其在超高功率元件之应用极具潜力。

Ga2O3 拥有五种晶相(polymorphs)(monoclinic(β-Ga2O3),rhombohedral(α),defective spinel(γ), cubic(δ), or orthorhombic(ε)),且拥有约 4.5-4.9eV 的超宽禁带与临界电场(Ebr)高达 8 MV/cm,相较于GaN 的能隙 3.4eV,SiC 的能隙 3.3eV 都高出许多,在 Barliga 评价(BFOM)宽禁带半导体的系数中 Ga2O3 高达 3444,是 SiC 的十倍、GaN 的四倍,此一系数关系着元件所能承受之最高电压,由此 BFOM 系数也可以看到 Ga2O3 在高功率元件之应用潜力。

车用、光电都看好,应用广泛且前景可期

Ga2O3 具备许多优良的特性,使其可以应用在许多方面,特别是其宽禁带特性能在功率元件上有显著的应用,诸如电动车、电力系统、风力发电机的涡轮等都是其应用范围。而Ga2O3 的薄膜透明,不仅在光电元件方面可作为透明面板上的组件,光感与气体传感器领域也都可以是其应用范围。

也因此Ga2O3 产业前景方面应用广泛,且潜力极大仍有许多组件等待被开发与商业化,可说是很具前瞻性的材料之一!

Ga2O3 未来潜力值得期待,不过现阶段仍有许多问题有待克服。