Ko nga rauemi Semiconductor kua tipu mai i roto i nga reanga hurihuri e toru:
1st Gen (Si/Ge) i whakatakoto te turanga o te hikohiko hou,
Tuatoru Tuatoru (GaAs/InP) i pakaru i roto i nga arai optoelectronic me te auau teitei kia kaha ai te hurihanga korero,
Ko te Tuatoru Tuatoru (SiC/GaN) kei te whakatika i te kaha me nga wero o te taiao, e taea ai te noho kore waro me te waa 6G.
Ko tenei ahunga whakamua e whakaatu ana i te huringa paradigma mai i te rehe ki te tohungatanga i roto i te aoiao rawa.
1. Nga Kaihanga Whakatupuranga Tuatahi: Silicon (Si) me Germanium (Ge)
Nga korero o mua
I te tau 1947, i hangaia e Bell Labs te transistor germanium, e tohu ana i te ata o te wa semiconductor. I te tekau tau atu i 1950, ka huri haere te hiraka i te germanium hei turanga o nga ara iahiko whakauru (ICs) na tona paparanga waikura pumau (SiO₂) me te nui o nga rahui taiao.
Nga Taonga Rawa
ⅠMokowhiti:
Germanium: 0.67eV (te aputa piriti whaiti, he pai ki te rerenga o naianei, he ngoikore te mahi i te pāmahana teitei).
Silicon: 1.12eV (aputa ropu autaki, e tika ana mo nga iahiko arorau engari kaore e taea te tuku marama).
Ⅱ,Nga painga o Silicon:
Ka hangaia he waikura-kounga teitei (SiO₂), ka taea te hanga MOSFET.
He iti te utu me te nui o te whenua (~ 28% o te hanganga kirinuku).
Ⅲ,Te herenga:
He iti te neke irahiko (1500 cm²/(V·s) anake), e aukati ana i te mahi auau teitei.
Te ngaohiko ngoikore/te pawera o te ngaohiko (te teitei o te waa whakahaere ~150°C).
Nga tono matua
Ⅰ,Takiwa Whakakotahi (ICs):
Ko nga PTM, nga maramara mahara (hei tauira, DRAM, NAND) ka whakawhirinaki ki te silicon mo te kiato whakauru teitei.
Tauira: Ko te Intel's 4004 (1971), te miihini miihini arumoni tuatahi, i whakamahia te hangarau 10μm silicon.
Ⅱ,Pūrere Hiko:
Ko nga thyristors moata me nga MOSFET iti-ngaohiko (hei tauira, nga taputapu hiko PC) i hangai ki te silicon.
Nga wero me te tawhito
I whakakorehia a Germanium na te pakarutanga me te koretake o te waiariki. Heoi, na te herenga o te silicon i roto i te optoelectronics me nga tono mana-nui i whakaohooho i te whanaketanga o nga semiconductors-gen muri.
2Whakatupuranga-Tuarua Semiconductors: Gallium Arsenide (GaAs) me Indium Phosphide (InP)
Whakawhanaketanga Papamuri
I roto i nga tau 1970-1980, ko nga mara e puta mai ana penei i te whakawhitiwhiti waea pūkoro, nga whatunga muka whatu, me te hangarau amiorangi i hanga he hiahia nui mo nga rauemi optoelectronic tere-tere me te pai. Na tenei i kaha te ahu whakamua o nga semiconductors tika a bandgap penei i a GaAs me InP.
Nga Taonga Rawa
Mokowhiti me te Mahinga Optoelectronic:
GaAs: 1.42eV (te aputa tika, ka taea te tuku marama-he pai mo nga lasers/LED).
InP: 1.34eV (he pai ake mo nga tono roa-roa, hei tauira, 1550nm whakawhitiwhiti muka-whatu).
Nekehanga Irahiko:
Ka eke a GaAs ki te 8500 cm²/(V·s), nui rawa atu i te silicon (1500 cm²/(V·s)), ka tino pai mo te tukatuka tohu awhe-GHz.
Nga huakore
lNga taputapu pakarukaru: He uaua ki te hanga atu i te silicon; Te utu angiangi GaAs 10x atu.
lKarekau he waikura taketake: Kaore i rite ki te SiO₂ o te silicon, kaore he waikura pumau a GaAs/InP, e aukati ana i te hanga IC kiato tiketike.
Nga tono matua
lRF Mua-Mutunga:
Ko nga whakakaha hiko hiko (PA), nga kaiwhakawhiti amiorangi (hei tauira, nga whakawhiti HEMT-a-GaA).
lOptoelectronics:
Diodes taiaho (nga puku CD/DVD), LED (whero/infrared), kōwae muka-whatu (InP lasers).
lMokowā Pūtau Solar:
Ka eke nga pūtau GaAs ki te 30% te pai (vs. ~20% mo te silicon), he mea nui mo nga amiorangi.
lHangarau Bottlenecks
Ko nga utu nui ka herea a GaAs/InP ki nga tono teitei-mutunga motuhake, hei aukati i a raatau ki te whakakore i te mana o te silicon i roto i nga maramara arorau.
Nga Waahanga Whakatupuranga Tuatoru (Wide-Bandgap Semiconductors): Silicon Carbide (SiC) me Gallium Nitride (GaN)
Atekōkiri Hangarau
Hurihuri Pungao: Ko nga waka hiko me te whakaurunga matiti hiko whakahou e hiahia ana kia pai ake nga taputapu hiko.
Nga Hiahia Waahanga Nui: Ko nga korero 5G me nga punaha radar e hiahia ana kia teitei ake nga iarere me te kaha o te hiko.
Taiao Tino: Ko nga tono aerospace me nga motuka ahumahi e hiahia ana ki nga rauemi e kaha ana ki te tu atu i te pāmahana neke atu i te 200°C.
Nga Ahuatanga Rawa
Nga Painga Paihere Whanui:
lSiC: Bandgap o 3.26eV, pakaruhia te kaha o te mara hiko 10x o te silicon, ka kaha ki te tu atu i nga ngaohiko i runga i te 10kV.
lGaN: Bandgap o 3.4eV, nekeneke irahiko o te 2200 cm²/(V·s), tino pai ki te mahi auau-nui.
Whakahaere Weariki:
Ka eke te kaha o te waiariki o SiC ki te 4.9 W/(cm·K), e toru nga wa pai ake i te silicon, e pai ana mo nga tono hiko-nui.
Nga wero rauemi
SiC: Ko te puhoi o te tipu kirikiri kotahi e hiahia ana kia nui ake te mahana i runga ake i te 2000°C, ka puta he hapa angiangi me te utu nui (he 6-inihi te angiangi SiC he 20x te utu nui atu i te silicon).
GaN: Karekau he tïpako maori, he maha nga wa e hiahia ana he heteroepitaxy i runga i te sapphire, SiC, i nga tïpako silicon ranei, e arai ana i nga take koretake o te reeti.
Nga tono matua
Hiko Hiko:
EV inverters (hei tauira, Tesla Model 3 whakamahi SiC MOSFETs, whakapai ake i te pai ma te 5–10%).
Ko nga teihana / urutau tere (ka taea e nga taputapu GaN te 100W+ te utu tere me te whakaiti i te rahi ki te 50%).
Pūrere RF:
5G teihana turanga hiko whakakaha (GaN-on-SiC PAs tautoko mmWave iarere).
Military radar (GaN tuku 5× te kiato mana o GaAs).
Optoelectronics:
Nga LED UV (Nga rauemi AlGaN e whakamahia ana i roto i te whakahoromata me te kitenga o te kounga o te wai).
Tūnga Ahumahi me te Tirohanga Ake
Ko te SiC te rangatira o te maakete hiko teitei, me nga waahanga miihini-auto kua oti te hanga papatipu, ahakoa ko nga utu ka noho hei arai.
Kei te tere haere a GaN i roto i te hikohiko kaihoko (te utu tere) me nga tono RF, e huri ana ki nga wafers 8-inihi.
Ko nga mea ka puta ake penei i te gallium oxide (Ga₂O₃, bandgap 4.8eV) me te taimana (5.5eV) tera pea ka hanga hei "whakatupuranga tuawha" o nga semiconductors, e turaki ana i nga rohe ngaohiko ki tua atu i te 20kV.
Te noho tahi me te Synergy of Semiconductor Generations
Whakakotahitanga, Ehara i te Whakakapi:
Kei te noho rangatira a Silicon i roto i nga maramara arorau me nga hikohiko kaihoko (95% o te maakete semiconductor o te ao).
Ko nga GaAs me te InP he mea motuhake ki nga kohanga teitei me te optoelectronic.
Ko te SiC / GaN kaore e taea te whakakapi i te kaha me nga tono ahumahi.
Tauira Whakauru Hangarau:
GaN-on-Si: Ka honoa a GaN me nga taputapu silicon utu iti mo te utu tere me nga tono RF.
SiC-IGBT ranu kōwae: Whakapai ake te pai hurihanga mātiti.
Nga ia a meake nei:
Te whakakotahitanga rerekee: Te whakakotahi i nga rawa (hei tauira, Si + GaN) ki te maramara kotahi hei taurite i te mahi me te utu.
Ka taea e nga rauemi mokowhiti tino whanui (hei tauira, Ga₂O₃, taimana) ka taea te ngaohiko ultra-tiketike (>20kV) me nga tono rorohiko rahi.
Te hanga e pa ana
GaAs laser epitaxial wafer 4 inihi 6 inihi
12 inihi SIC tïpako silicon carbide kōeke matua diameter 300mm rahi nui 4H-N He pai mo te taputapu hiko teitei tohanga wera
Wā tuku: Mei-07-2025