氮化镓自出生以来南征北战,无论是PK碳化硅(SiC)还是吊打砷化镓(GaAs),作为第三代半导体材料的GaN优势凸显。由于禁带宽度大、导热率高,GaN器件可在200℃以上的高温下工作,能够承载更高的能量密度,可靠性更高;其较大的禁带宽度和绝缘破坏电场,使得器件导通电阻减少,有利于提升器件整体的能效;且电子饱和速度快,以及较高的载流子迁移率,可让器件高速地工作。
同为第三代半导体材料,相比于SiC,GaN之所以更受宠主要是两个因素:
(1)GaN在成本控制方面显示出了更强的潜力。目前主流的GaN技术厂商都在研发以Si为衬底的GaN的器件,来替代昂贵的SiC衬底。有分析预测,到2019年GaN MOSFET的成本将与传统的Si器件相当,并且GaN技术对于供应商来说是一个非常有吸引力的市场机会,它可以向它们的客户提供目前半导体工艺材料可能无法企及的性能。
(2)再者,由于GaN器件是个平面器件,与现有的Si半导体工艺兼容性强,这使其更容易与其他半导体器件集成。
Yole Developpement功率电子暨化合物半导体事业单位经理PierricGueguen认为,碳化硅主要适用于600V以上的高功率应用,氮化镓则适用于200~600V中功率应用。根据Yole的预测,到2020年氮化镓将进一步往600~900V发展,届时GaN势必会与碳化硅产生竞争关系。
2014年,日本名古屋大学和名城大学教授赤崎勇、名古屋大学教授天野浩和美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授中村修二因发明蓝光LED而获的当年的诺贝尔物理奖。其中氮化镓正是推动了蓝光LED向前发展的重要新型材料。至此,氮化镓在确立了其在光电领域的重要地位。
除了LED,氮化镓也被使用到了功率半导体与射频器件上。基于氮化镓的功率芯片正在市场站稳脚跟。氮化镓(GaN)功率半导体技术和模块式设计的进步,使得微波频率的高功率连续波(CW)和脉冲放大器成为可能。
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