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一粒金砂(高级)

读懂氮化镓,就是这么简单 [复制链接]

氮化镓是何方神圣?有很多人看到一定是满满的疑惑。

笔者为了大家能够学到新知识真是操碎了心。从各大平台网站搜寻资料中发现了一个炬丰数据网站平台,一个从业与泛半导体湿法工艺和设备的相关的数据共享服务平台;笔者对比了下各大资料网站,鲜少能看到泛半导体知识如此全面的网站,点进去看真是干货满满啊!

索性笔者今天就做一个氮化镓材料的解读吧。

氮化镓(GaN),是由氮和镓组成的一种半导体材料,因为其禁带宽度大于2.2eV,又被称为宽禁带半导体材料,在国内也称为第三代半导体材料。

氮化镓具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子速率大、热导率高、化学性质稳定和抗辐射能力强等优点,成为高温、高频、大功率微波器件的首选材料之一。其目前主要用于功率器件领域,未来在高频通信领域也将有极大应用潜力。

在任何电源系统设计中,某种程度的电源转换损耗是肯定的,但由于宽频间隙, GaN明显比硅表现出更低的损耗,这也意谓着更好的电源转换效能。因为GaN片可比等效的硅片更小,使用此技术的元件可被置于尺寸更小的封装规格中。由于其高流动性,GaN在用于要求快速开关的电路中效能极高。图1显示GaN HEMT元件的实体结构以及它如何相似于现有的MOSFET技术。 GaN中的侧向电子流同时提供低导通损耗(低导通阻抗)和低开关损耗。而且,提高的开关速度也有助于节省空间,因为电源电路所含被动件可以更少,配套的磁性元件中使用的线圈可以更小。此外, GaN提供的更高的电源转换效能意味着更少的散热量—缩小了需要分配给热管理的空间。

氮化镓外延片的用来制造器件有很多具体的指标,包括晶格缺陷、径向偏差、电阻率、掺杂水平、表面粗糙度、翘曲度等,在不同的衬底材料长的外延层晶体质量差别较大。

衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料,需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术,衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。

 

用于氮化镓生长的衬底材料性能优劣比较

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氮化镓市场前景

 

在5G基站等射频领域方面,射频氮化镓技术是5G的绝配,基站功放使用氮化镓。氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)是射频应用中常用的三五价半导体材料。与砷化镓和磷化铟等高频工艺相比,氮化镓器件输出的功率更大;与LDCMOS和碳化硅(SiC)等功率工艺相比,氮化镓的频率特性更好。氮化镓器件的瞬时带宽更高,基站应用需要更高的峰值功率,这些因素都促成了基站接受氮化镓器件。

在电力电子领域方面,氮化镓技术有望大幅改进电源管理、发电和功率输出等应用。GaN在未来几年将在许多应用中取代硅,其中,快充是第一个可以大规模生产的应用。GaN器件在高频、高转换效率、低损耗、耐高温上具有极大的优势,随着5G手机耗电量增加,大功率快充将成为标配,GaN快充技术可以很好地解决大电池带来的充电时长问题。

 

氮化镓发展面临的问题

 

1、原材料短缺。氮化镓是自然界没有的物质,完全要靠人工合成,并且由于反应时间长,速度慢,反应副产物多,设备要求苛刻,技术异常复杂,所以产能极低。

2、原始创新能力低。国内开展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比较晚,与国外相比水平较低,且氮化镓是重要国防军工产品的关键技术,国外对我国技术封锁,目前我国氮化镓核心材料、器件原始创新能力仍相对薄弱。

3、氮化镓封装成本极高。氮化镓主要用金属陶瓷封装,封装成本占到整个器件成本的三分之一到一半。尽管业界已经在尝试纯铜、塑封、空腔塑封等形式来替代金属陶瓷封装,但由于金属陶瓷封装在性能、散热与可靠性上的优势,仍然是氮化镓器件的首选封装。

此帖出自RF/无线论坛

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学习了,谢谢分享


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