ວັດສະດຸ semiconductor ໄດ້ພັດທະນາຜ່ານສາມລຸ້ນທີ່ມີການປ່ຽນແປງ:
ຮຸ່ນທີ 1 (Si/Ge) ວາງຮາກຖານຂອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທັນສະໄໝ,
ຮຸ່ນທີ 2 (GaAs/InP) ຂ້າມຜ່ານອຸປະສັກ optoelectronic ແລະຄວາມຖີ່ສູງເພື່ອພະລັງງານການປະຕິວັດຂໍ້ມູນຂ່າວສານ,
ປະຈຸບັນ 3rd Gen (SiC/GaN) ຮັບມືກັບສິ່ງທ້າທາຍດ້ານພະລັງງານ ແລະສິ່ງແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ, ເຮັດໃຫ້ມີຄວາມເປັນກາງຂອງຄາບອນ ແລະຍຸກ 6G.
ຄວາມຄືບໜ້ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການປ່ຽນແບບແຜນຈາກຄວາມຄ່ອງແຄ້ວໄປສູ່ຄວາມຊ່ຽວຊານໃນວິທະຍາສາດວັດສະດຸ.
1. ເຊມິຄອນດັກເຕີລຸ້ນທຳອິດ: ຊິລິໂຄນ (Si) ແລະ ເຢຍລະມັນ (Ge)
ປະຫວັດຄວາມເປັນມາ
ໃນປີ 1947, Bell Labs ໄດ້ປະດິດ transistor ເຍຍລະມັນ, ຫມາຍເຖິງອາລຸນຂອງຍຸກ semiconductor. ໃນຊຸມປີ 1950, ຊິລິໂຄນຄ່ອຍໆປ່ຽນແທນ germanium ເປັນພື້ນຖານຂອງວົງຈອນປະສົມປະສານ (ICs) ເນື່ອງຈາກຊັ້ນອົກຊີທີ່ຫມັ້ນຄົງ (SiO₂) ແລະສະຫງວນທໍາມະຊາດທີ່ອຸດົມສົມບູນ.
ຄຸນສົມບັດວັດສະດຸ
ⅠBandgap:
Germanium: 0.67eV (ຊ່ອງຫວ່າງແຄບ, ມີຄວາມສ່ຽງຕໍ່ການຮົ່ວໄຫຼຂອງກະແສໄຟຟ້າ, ການປະຕິບັດອຸນຫະພູມສູງທີ່ບໍ່ດີ).
Silicon: 1.12eV (ຊ່ອງຫວ່າງທາງອ້ອມ, ເຫມາະສໍາລັບວົງຈອນຕາມເຫດຜົນແຕ່ບໍ່ສາມາດປ່ອຍແສງສະຫວ່າງ).
Ⅱ,ຂໍ້ດີຂອງ Silicon:
ຕາມທໍາມະຊາດສ້າງເປັນຜຸພັງທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ (SiO₂), ເຮັດໃຫ້ການຜະລິດ MOSFET.
ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາແລະອຸດົມສົມບູນໃນທົ່ວໂລກ (~28% ຂອງອົງປະກອບ crustal).
Ⅲ ,ຂໍ້ຈຳກັດ:
ການເຄື່ອນຍ້າຍຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຕ່ໍາ (ພຽງແຕ່ 1500 cm² / (V·s)), ຈໍາກັດການປະຕິບັດຄວາມຖີ່ສູງ.
ຄວາມທົນທານຕໍ່ແຮງດັນ/ອຸນຫະພູມອ່ອນ (ອຸນຫະພູມປະຕິບັດງານສູງສຸດ. ~150°C).
ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ສໍາຄັນ
Ⅰ,ວົງຈອນລວມ (ICs):
CPU, ຊິບຫນ່ວຍຄວາມຈໍາ (ຕົວຢ່າງ, DRAM, NAND) ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນສໍາລັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການເຊື່ອມໂຍງສູງ.
ຕົວຢ່າງ: Intel's 4004 (1971), microprocessor ການຄ້າທໍາອິດ, ໃຊ້ເທກໂນໂລຍີຊິລິຄອນ10μm.
Ⅱ,ອຸປະກອນພະລັງງານ:
thyristors ຕົ້ນແລະ MOSFETs ແຮງດັນຕ່ໍາ (ຕົວຢ່າງ, ເຄື່ອງສະຫນອງພະລັງງານ PC) ແມ່ນໃຊ້ຊິລິໂຄນ.
ສິ່ງທ້າທາຍ & ຍຸກສະໄໝ
Germanium ໄດ້ຖືກຕັດອອກເນື່ອງຈາກການຮົ່ວໄຫຼແລະຄວາມບໍ່ສະຖຽນລະພາບຂອງຄວາມຮ້ອນ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຂໍ້ຈໍາກັດຂອງຊິລິໂຄນໃນ optoelectronics ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີພະລັງງານສູງໄດ້ກະຕຸ້ນການພັດທະນາຂອງ semiconductors ລຸ້ນຕໍ່ໄປ.
2 Semiconductors ຮຸ່ນທີສອງ: Gallium Arsenide (GaAs) ແລະ Indium Phosphide (InP)
ຄວາມເປັນມາຂອງການພັດທະນາ
ໃນລະຫວ່າງຊຸມປີ 1970-1980, ຂົງເຂດທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນເຊັ່ນ: ການສື່ສານມືຖື, ເຄືອຂ່າຍໃຍແກ້ວນໍາແສງ, ແລະເຕັກໂນໂລຊີດາວທຽມໄດ້ສ້າງຄວາມຕ້ອງການອັນຮີບດ່ວນສໍາລັບວັດສະດຸ optoelectronic ຄວາມຖີ່ສູງ ແລະປະສິດທິພາບ. ນີ້ເຮັດໃຫ້ຄວາມກ້າວຫນ້າຂອງ semiconductors bandgap ໂດຍກົງເຊັ່ນ GaAs ແລະ InP.
ຄຸນສົມບັດວັດສະດຸ
Bandgap ແລະປະສິດທິພາບ Optoelectronic:
GaAs: 1.42eV (ຊ່ອງຫວ່າງໂດຍກົງ, ເຮັດໃຫ້ການປ່ອຍແສງ - ເຫມາະສໍາລັບເລເຊີ / LEDs).
InP: 1.34eV (ເຫມາະດີກວ່າສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີຄວາມຍາວຄື່ນຍາວ, ເຊັ່ນ: 1550nm fiber-optic ການສື່ສານ).
ການເຄື່ອນໄຫວເອເລັກໂຕຣນິກ:
GaAs ບັນລຸ 8500 cm²/(V·s), ໄກເກີນຊິລິຄອນ (1500 cm²/(V·s)), ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບການປະມວນຜົນສັນຍານໄລຍະ GHz.
ຂໍ້ເສຍ
ລແຜ່ນຍ່ອຍທີ່ແຕກຫັກ: ການຜະລິດຍາກກວ່າຊິລິຄອນ; GaAs wafers ມີລາຄາຖືກກວ່າ 10×.
ລບໍ່ມີອອກໄຊພື້ນເມືອງ: ບໍ່ເຫມືອນກັບ SiO₂ ຂອງຊິລິຄອນ, GaAs/InP ຂາດອອກໄຊທີ່ຫມັ້ນຄົງ, ຂັດຂວາງການຜະລິດ IC ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ.
ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ສໍາຄັນ
ລRF Front-Ends:
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍພະລັງງານມືຖື (PAs), ເຄື່ອງຮັບສັນຍານດາວທຽມ (ຕົວຢ່າງ, ត្រង់ຊິສເຕີ HEMT ທີ່ອີງໃສ່ GaAs).
ລOptoelectronics:
ໄດໂອດເລເຊີ (ແຜ່ນ CD/DVD), ໄຟ LED (ສີແດງ/ອິນຟາເລດ), ໂມດູນໃຍແກ້ວນໍາແສງ (ເລເຊີ InP).
ລSpace Solar Cells:
ຈຸລັງ GaAs ບັນລຸປະສິດທິພາບ 30% (ທຽບກັບ ~ 20% ສໍາລັບຊິລິຄອນ), ສໍາຄັນສໍາລັບດາວທຽມ.
ລຄໍເຕົ້າໄຂ່ທີ່ເຕັກໂນໂລຢີ
ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງຈໍາກັດ GaAs/InP ກັບນິຍົມການນໍາໃຊ້ທີ່ສູງສຸດ, ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ພວກເຂົາຈາກການຍ້າຍຄວາມເດັ່ນຂອງຊິລິຄອນໃນຊິບຕາມເຫດຜົນ.
ເຊມິຄອນດັອດເຕີລຸ້ນທີ 3 (Wide-Bandgap Semiconductors): Silicon Carbide (SiC) ແລະ Gallium Nitride (GaN)
ໄດເວີເຕັກໂນໂລຊີ
ການປະຕິວັດພະລັງງານ: ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ ແລະການເຊື່ອມໂຍງຕາຂ່າຍພະລັງງານທົດແທນຕ້ອງການອຸປະກອນພະລັງງານທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ.
ຄວາມຕ້ອງການຄວາມຖີ່ສູງ: ການສື່ສານ 5G ແລະລະບົບ radar ຕ້ອງການຄວາມຖີ່ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນ.
ສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ: ການໃຊ້ຍານອາວະກາດ ແລະເຄື່ອງຈັກອຸດສາຫະກໍາຕ້ອງການວັດສະດຸທີ່ທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມເກີນ 200 ອົງສາເຊ.
ລັກສະນະວັດສະດຸ
ຂໍ້ໄດ້ປຽບ Bandgap ກວ້າງ:
ລSiC: Bandgap ຂອງ 3.26eV, breakdown ກໍາລັງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າ 10× ຂອງ silicon, ສາມາດທົນແຮງດັນໄຟຟ້າເກີນ 10kV.
ລGaN: Bandgap ຂອງ 3.4eV, ການເຄື່ອນຍ້າຍຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຂອງ 2200 cm²/(V·s), ດີເລີດໃນປະສິດທິພາບຄວາມຖີ່ສູງ.
ການຈັດການຄວາມຮ້ອນ:
ການນໍາຄວາມຮ້ອນຂອງ SiC ບັນລຸເຖິງ 4.9 W/(cm·K), ດີກວ່າຊິລິຄອນສາມເທົ່າ, ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບການນໍາໃຊ້ພະລັງງານສູງ.
ສິ່ງທ້າທາຍດ້ານວັດຖຸ
SiC: ການເຕີບໂຕຂອງແກ້ວດຽວຊ້າຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີອຸນຫະພູມສູງກວ່າ 2000 ° C, ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງ wafer ແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ (wafer SiC 6 ນິ້ວແມ່ນລາຄາແພງກວ່າຊິລິໂຄນ 20 ×).
GaN: ຂາດສານຍ່ອຍທໍາມະຊາດ, ມັກຈະຕ້ອງການ heteroepitaxy ໃນ sapphire, SiC, ຫຼື substrates ຊິລິໂຄນ, ນໍາໄປສູ່ບັນຫາການບໍ່ສອດຄ່ອງ lattice.
ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ສໍາຄັນ
ເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານ:
EV inverters (ຕົວຢ່າງ, Tesla Model 3 ໃຊ້ SiC MOSFETs, ປັບປຸງປະສິດທິພາບໂດຍ 5-10%).
ສະຖານີສາກໄຟໄວ/ອະແດັບເຕີ (ອຸປະກອນ GaN ເປີດໃຊ້ການສາກໄວ 100W+ ໃນຂະນະທີ່ຫຼຸດຂະໜາດລົງ 50%).
ອຸປະກອນ RF:
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຂອງສະຖານີຖານ 5G (GaN-on-SiC PAs ຮອງຮັບຄວາມຖີ່ mmWave).
radar ທະຫານ (GaN ສະຫນອງ 5 × ຄວາມຫນາແຫນ້ນພະລັງງານຂອງ GaAs).
Optoelectronics:
LEDs UV (ວັດສະດຸ AlGaN ທີ່ໃຊ້ໃນການຂ້າເຊື້ອແລະການກວດສອບຄຸນນະພາບນ້ໍາ).
ສະຖານະພາບອຸດສາຫະກໍາແລະການຄາດຄະເນໃນອະນາຄົດ
SiC ຄອບງໍາຕະຫຼາດພະລັງງານສູງ, ດ້ວຍໂມດູນຊັ້ນນໍາຂອງເຄື່ອງຈັກໃນການຜະລິດຈໍານວນຫລາຍ, ເຖິງແມ່ນວ່າຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຍັງຄົງເປັນອຸປະສັກ.
GaN ກໍາລັງຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງໄວວາໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຜູ້ບໍລິໂພກ (ການສາກໄຟໄວ) ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ RF, ຫັນໄປສູ່ wafers 8 ນິ້ວ.
ວັດສະດຸທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນເຊັ່ນ: ແກລຽມອອກໄຊ (Ga₂O₃, bandgap 4.8eV) ແລະເພັດ (5.5eV) ອາດຈະສ້າງເປັນ "ການຜະລິດທີສີ່" ຂອງເຊມິຄອນດັກເຕີ, ຊຸກຍູ້ຂອບເຂດຈໍາກັດແຮງດັນເກີນ 20kV.
ການຢູ່ຮ່ວມກັນແລະການເຊື່ອມໂຍງຂອງການຜະລິດ semiconductor
ຄວາມສົມບູນ, ບໍ່ທົດແທນ:
ຊິລິໂຄນຍັງຄົງເດັ່ນໃນ chip logic ແລະອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຜູ້ບໍລິໂພກ (95% ຂອງຕະຫຼາດ semiconductor ທົ່ວໂລກ).
GaAs ແລະ InP ຊ່ຽວຊານໃນ niches ຄວາມຖີ່ສູງແລະ optoelectronic.
SiC/GaN ແມ່ນ irreplaceable ໃນພະລັງງານແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກອຸດສາຫະກໍາ.
ຕົວຢ່າງການເຊື່ອມໂຍງເຕັກໂນໂລຢີ:
GaN-on-Si: ສົມທົບ GaN ກັບແຜ່ນຮອງຊິລິໂຄນລາຄາຖືກສໍາລັບການສາກໄຟໄວ ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ RF.
ໂມດູນປະສົມ SiC-IGBT: ປັບປຸງປະສິດທິພາບການແປງຕາຂ່າຍ.
ແນວໂນ້ມໃນອະນາຄົດ:
ການເຊື່ອມໂຍງແບບ Heterogeneous: ການສົມທົບວັດສະດຸ (ຕົວຢ່າງ, Si + GaN) ໃນຊິບດຽວເພື່ອດຸ່ນດ່ຽງການປະຕິບັດແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ.
ອຸປະກອນການ bandgap ultra-wide (ເຊັ່ນ: Ga₂O₃, ເພັດ) ອາດຈະເຮັດໃຫ້ສາມາດເຮັດໃຫ້ການນໍາໃຊ້ ultra-high-voltage (>20kV) ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຄອມພິວເຕີquantum.
ການຜະລິດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ
GaAs laser epitaxial wafer 4 ນິ້ວ 6 ນິ້ວ
12 ນິ້ວ SIC substrate silicon carbide prime grade ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 300mm ຂະຫນາດໃຫຍ່ຂະຫນາດ 4H-N ເຫມາະສໍາລັບອຸປະກອນພະລັງງານສູງ dissipation ຄວາມຮ້ອນ
ເວລາປະກາດ: 07-07-2025