Halbleiterbauelemente sind das Herzstück moderner Industriemaschinen und werden in großem Umfang in Computern, Unterhaltungselektronik, Netzwerkkommunikation, Automobilelektronik und anderen Bereichen eingesetzt. Die Halbleiterindustrie besteht hauptsächlich aus vier Grundkomponenten: integrierten Schaltungen, optoelektronischen Bauelementen, diskreten Bauelementen und Sensoren. Da integrierte Schaltungen mehr als 80 % ausmachen, werden Halbleiter und integrierte Schaltungen oft synonym verwendet.
Integrierte Schaltkreise werden nach Produktkategorie hauptsächlich in vier Kategorien unterteilt: Mikroprozessoren, Speicher, Logikbausteine und Simulationsbausteine. Mit der stetigen Erweiterung des Anwendungsbereichs von Halbleiterbauelementen erfordern jedoch viele spezielle Anwendungen, dass Halbleiter hohen Temperaturen, starker Strahlung und hoher Leistung standhalten, ohne Schaden zu nehmen. Da die Halbleitermaterialien der ersten und zweiten Generation hierfür nicht geeignet sind, wurde die dritte Generation von Halbleitermaterialien entwickelt.
Gegenwärtig werden die Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke wie folgt dargestellt:SiliciumcarbidSiliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN), Zinkoxid (ZnO), Diamant und Aluminiumnitrid (AlN) dominieren den Markt und werden zusammenfassend als Halbleitermaterialien der dritten Generation bezeichnet. Diese Halbleitermaterialien zeichnen sich durch eine größere Bandlücke, eine höhere Durchbruchfeldstärke, Wärmeleitfähigkeit, Sättigungsenergie und Strahlungsbeständigkeit aus und eignen sich daher besonders für Hochtemperatur-, Hochfrequenz-, strahlungsbeständige und Hochleistungsbauelemente. Sie werden üblicherweise als Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke (verbotene Zone > 2,2 eV) oder auch als Hochtemperatur-Halbleitermaterialien bezeichnet. Aktuelle Forschungsergebnisse zu Halbleitermaterialien und -bauelementen der dritten Generation zeigen, dass Siliziumkarbid und Galliumnitrid am weitesten entwickelt sind.Siliziumkarbid-Technologieist am weitesten entwickelt, während die Forschung an Zinkoxid, Diamant, Aluminiumnitrid und anderen Materialien noch im Anfangsstadium ist.
Materialien und ihre Eigenschaften:
SiliciumcarbidDas Material findet breite Anwendung in Keramikkugellagern, Ventilen, Halbleitermaterialien, Gyroskopen, Messinstrumenten, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen und ist in vielen Industriezweigen zu einem unersetzlichen Werkstoff geworden.
SiC ist eine Art natürliches Überstrukturgitter und ein typischer homogener Polytyp. Aufgrund der unterschiedlichen Packungsreihenfolge der zweiatomigen Si- und C-Schichten existieren über 200 (derzeit bekannte) homotypische Polytypfamilien, die zu unterschiedlichen Kristallstrukturen führen. Daher eignet sich SiC hervorragend als Substratmaterial für Leuchtdioden (LEDs) der nächsten Generation sowie als Hochleistungselektronikmaterial.
| Merkmal | |
| physikalische Eigenschaften | Hohe Härte (3000 kg/mm), kann Rubin schneiden |
| Hohe Verschleißfestigkeit, nur Diamant unterlegen. | |
| Die Wärmeleitfähigkeit ist 3-mal höher als die von Si und 8- bis 10-mal höher als die von GaAs. | |
| SiC besitzt eine hohe thermische Stabilität und schmilzt bei Atmosphärendruck nicht. | |
| Eine gute Wärmeableitung ist für Hochleistungsgeräte sehr wichtig. | |
|
chemische Eigenschaften | Sehr hohe Korrosionsbeständigkeit, beständig gegen nahezu alle bekannten korrosiven Mittel bei Raumtemperatur |
| Die SiC-Oberfläche oxidiert leicht zu SiO, einer dünnen Schicht, die ihre weitere Oxidation verhindern kann. Oberhalb von 1700 °C schmilzt der Oxidfilm und oxidiert rasch. | |
| Die Bandlücke von 4H-SiC und 6H-SiC ist etwa dreimal so groß wie die von Si und doppelt so groß wie die von GaAs: Die Durchschlagsfeldstärke ist um eine Größenordnung höher als bei Silizium, und die Elektronendriftgeschwindigkeit ist gesättigt. Zweieinhalb Mal so viel wie Si. Die Bandlücke von 4H-SiC ist größer als die von 6H-SiC. |
Veröffentlichungsdatum: 01.08.2022