بىرىنچى ئەۋلاد ئىككىنچى ئەۋلاد ئۈچىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللىرى

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللىرى ئۈچ ئۆزگىرىشچان ئەۋلاد ئارقىلىق تەرەققىي قىلدى:

1-گېن (Si / Ge) زامانىۋى ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرىنىڭ ئۇلىنى قويدى ،

2-گېن (GaAs / InP) ئوپتىكىلىق ئېلېكترونلۇق ۋە يۇقىرى چاستوتىلىق توساقلارنى بۆسۈپ ئۆتۈپ ، ئۇچۇر ئىنقىلابىنى قوزغىدى ،

3-گېن (SiC / GaN) ھازىر ئېنېرگىيە ۋە پەۋقۇلئاددە مۇھىتتىكى خىرىسلارغا تاقابىل تۇرۇپ ، كاربوننىڭ بىتەرەپلىكى ۋە 6G دەۋرىنى تەمىنلەيدۇ.

بۇ ئىلگىرلەش كۆپ تەرەپلىمىلىكتىن ماددىي ئىلىم-پەنگە يۈزلىنىشنىڭ ئۈلگىسىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.

1. بىرىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ: كىرىمنىي (Si) ۋە گېرمان (Ge)

تارىخى ئارقا كۆرۈنۈش

1947-يىلى ، بېل تەجرىبىخانىسى گېرمان ترانس ist ورنى كەشىپ قىلىپ ، يېرىم ئۆتكۈزگۈچ دەۋرىنىڭ باشلانغانلىقىنى كۆرسەتتى. 20-ئەسىرنىڭ 50-يىللىرىغا كەلگەندە ، كرېمنىي مۇقىم ئوكسىد قەۋىتى (SiO₂) ۋە مول تەبىئىي زاپىسى سەۋەبىدىن گېرماننى ئاستا-ئاستا توپلاشتۇرۇلغان توك يولىنىڭ ئاساسى قىلدى.

ماتېرىيال خۇسۇسىيىتى

ⅠBandgap:

گېرمان: 0.67eV (تار بەلۋاغ ، ئېقىش ئېقىمى ئاسان ، يۇقىرى تېمپېراتۇرا ئىقتىدارى ناچار).

كرېمنىي: 1.12eV (ۋاسىتىلىك بەلۋاغ ، لوگىكىلىق توك يولىغا ماس كېلىدۇ ، ئەمما نۇر قويۇپ بېرەلمەيدۇ).

Ⅱ、كىرىمنىينىڭ ئارتۇقچىلىقى:

تەبىئىيلا يۇقىرى سۈپەتلىك ئوكسىد (SiO₂) ھاسىل قىلىپ ، MOSFET توقۇلمىسىنى قوزغىتىدۇ.

تۆۋەن تەننەرخ ۋە يەر مول (يەر پوستى تەركىبىنىڭ ~ 28%).

Ⅲ、چەكلىمىسى:

تۆۋەن ئېلېكترونلۇق ھەرىكەتچانلىقى (ئاران 1500 cm² / (V · s)) ، يۇقىرى چاستوتىلىق ئىقتىدارنى چەكلەيدۇ.

ئاجىز توك بېسىمى / تېمپېراتۇرىغا بەرداشلىق بېرىش كۈچى (ئەڭ چوڭ مەشغۇلات تېمپېراتۇرىسى ~ 150 ° C).

ئاچقۇچلۇق پروگراممىلار

Ⅰ、توپلاشتۇرۇلغان توك يولى (IC):

مەركىزى بىر تەرەپ قىلغۇچ ، ئىچكى ساقلىغۇچ ئۆزىكى (مەسىلەن ، DRAM ، NAND) يۇقىرى بىرىكتۈرۈش زىچلىقى ئۈچۈن كرېمنىيغا تايىنىدۇ.

مىسال: ئىنتېلنىڭ 4004 (1971) ، تۇنجى سودا مىكرو بىر تەرەپ قىلغۇچ ، 10 مىللىمېتىر كرېمنىي تېخنىكىسىنى قوللانغان.

Ⅱ、قۇۋۋەت ئۈسكۈنىلىرى:

دەسلەپكى تىرىستور ۋە تۆۋەن بېسىملىق MOSFETs (مەسىلەن ، PC توك مەنبەسى) كرېمنىينى ئاساس قىلغان.

خىرىس ۋە كونىراپ كېتىش

گېرمان ئېقىپ كېتىش ۋە ئىسسىقلىق تۇراقسىزلىقى سەۋەبىدىن تەدرىجىي ئەمەلدىن قالدۇرۇلدى. قانداقلا بولمىسۇن ، كرېمنىينىڭ ئوپتىكىلىق ئېلېكترون ۋە يۇقىرى قۇۋۋەتلىك قوللىنىشچان پروگراممىلاردىكى چەكلىمىسى كېيىنكى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچنىڭ تەرەققىياتىغا تۈرتكە بولدى.

2-ئىككىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ: گاللىي ئارسېنېد (GaAs) ۋە ئىندىي فوسفىد (InP)

تەرەققىيات ئارقا كۆرۈنۈشى

ئالدىنقى ئەسىرنىڭ 70-80-يىللىرىدا ، كۆچمە خەۋەرلىشىش ، ئوپتىك تالا تورى ۋە سۈنئىي ھەمراھ تېخنىكىسى قاتارلىق يېڭىدىن گۈللەنگەن ساھەلەر يۇقىرى چاستوتىلىق ۋە ئۈنۈملۈك ئوپتىكىلىق ئېلېكترون ماتېرىياللىرىغا جىددىي ئېھتىياج پەيدا قىلدى. بۇ GaAs ۋە InP غا ئوخشاش بىۋاسىتە بەلۋاغ يېرىم ئۆتكۈزگۈچنىڭ ئىلگىرىلىشىنى ئىلگىرى سۈردى.

ماتېرىيال خۇسۇسىيىتى

Bandgap & Optoelectronic Performance:

GaAs: 1.42eV (بىۋاسىتە بەلۋاغ ، نۇر قويۇپ بېرىشنى قوزغىتىدۇ - لازېر / LED لارغا ماس كېلىدۇ).

InP: 1.34eV (ئۇزۇن دولقۇنلۇق قوللىنىشچان پروگراممىلارغا تېخىمۇ ماس كېلىدۇ ، مەسىلەن ، 1550nm ئوپتىك تالا ئالاقىسى).

ئېلېكترون ھەرىكەتچانلىقى:

GaAs 8500 cm² / (V · s) غا يېتىدۇ ، كرېمنىيدىن (1500 cm² / (V · s)) ئېشىپ ، GHz دائىرىلىك سىگنال بىر تەرەپ قىلىشقا ئەڭ ماس كېلىدۇ.

كەمچىلىكى

lپارقىراق تارماقلار: ئىشلەپچىقىرىش كرېمنىيدىنمۇ قىيىن. GaAs ۋافېرلىرىنىڭ باھاسى 10 × قىممەت.

lيەرلىك ئوكسىد يوق: كرېمنىينىڭ SiO₂ غا ئوخشىمايدىغىنى ، GaAs / InP مۇقىم ئوكسىد كەمچىل بولۇپ ، يۇقىرى زىچلىقتىكى IC توقۇلمىلىرىغا توسقۇنلۇق قىلىدۇ.

ئاچقۇچلۇق پروگراممىلار

lRF Front-Ends:

كۆچمە قۇۋۋەت كۈچەيتكۈچ (PAs) ، سۈنئىي ھەمراھ ئۆتكۈزگۈچ (مەسىلەن ، GaAs نى ئاساس قىلغان HEMT ترانس ist ورستور).

lئوپتىكىلىق ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرى:

لازېرلىق دىئود (CD / DVD قوزغاتقۇچ) ، LED (قىزىل / ئىنفىرا قىزىل نۇر) ، ئوپتىك ئوپتىك مودۇل (InP لازېر).

lئالەم قۇياش ھۈجەيرىسى:

GaAs ھۈجەيرىلىرى سۈنئىي ھەمراھ ئۈچۈن ئىنتايىن مۇھىم بولغان% 30 ئۈنۈمگە ئېرىشىدۇ (كرېمنىينىڭ% 20 ~% 20). 

lتېخنىكىلىق بوتۇلكا

يۇقىرى تەننەرخ GaAs / InP نى يۇقىرى دەرىجىدىكى قوللىنىشچان پروگراممىلار بىلەنلا چەكلەپ ، ئۇلارنىڭ كرېمنىينىڭ لوگىكىلىق ئۆزەكتىكى ھۆكۈمرانلىق ئورنىنى يۆتكىشىنىڭ ئالدىنى ئالىدۇ.

ئۈچىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ (كەڭ بەلۋاغلىق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ): كرېمنىي كاربون (SiC) ۋە گاللىي نىترىد (GaN)

تېخنىكا شوپۇرلىرى

ئېنېرگىيە ئىنقىلابى: ئېلېكترونلۇق ماشىنا ۋە قايتا ھاسىل بولىدىغان ئېنېرگىيە تورىنى بىرلەشتۈرۈش تېخىمۇ ئۈنۈملۈك ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرىگە ئېھتىياجلىق.

يۇقىرى چاستوتىلىق ئېھتىياج: 5G خەۋەرلىشىش ۋە رادار سىستېمىسى تېخىمۇ يۇقىرى چاستوتا ۋە توك زىچلىقىنى تەلەپ قىلىدۇ.

پەۋقۇلئاددە مۇھىت: ئاۋىئاتسىيە ۋە سانائەت ماتورلۇق پروگراممىلىرى ° C 200 تىن يۇقىرى تېمپېراتۇرىغا بەرداشلىق بېرەلەيدىغان ماتېرىياللارغا موھتاج.

ماتېرىيال ئالاھىدىلىكى

كەڭ بەلۋاغ ئەۋزەللىكى:

lSiC: 3.26eV لىق بەلۋاغ ، پارچىلىنىش ئېلېكتر مەيدانىنىڭ كۈچلۈكلىكى 10 sil كرېمنىينىڭ ، 10kV دىن يۇقىرى بېسىمغا بەرداشلىق بېرەلەيدۇ.

lGaN: Bandgap 3.4eV ، ئېلېكتروننىڭ يۆتكىلىشچانلىقى 2200 cm² / (V · s) ، يۇقىرى چاستوتىلىق ئىقتىداردا ئىپادىلىنىدۇ.

ئىسسىقلىق باشقۇرۇش:

SiC نىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى 4.9 W / (cm · K) غا يېتىدۇ ، كرېمنىيدىن ئۈچ ھەسسە ياخشى ، يۇقىرى قۇۋۋەتلىك قوللىنىشچان پروگراممىلارغا ماس كېلىدۇ.

ماددىي رىقابەت

SiC: ئاستا كىرىستالنىڭ ئۆسۈشى 2000 سېلسىيە گرادۇستىن يۇقىرى تېمپېراتۇرىنى تەلەپ قىلىدۇ ، نەتىجىدە ۋافېر كەمتۈكلىكى ۋە تەننەرخى يۇقىرى بولىدۇ (6 دىيۇملۇق SiC ۋافېر كرېمنىيدىن 20 × قىممەت).

GaN: تەبىئىي تارماق بالا كەمچىل ، دائىم كۆك ياقۇت ، SiC ياكى كرېمنىينىڭ ئاستى قىسمىدا گېروپوتاكسىيىگە ئېھتىياجلىق بولۇپ ، رېشاتكىنىڭ ماس كەلمەسلىكىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

ئاچقۇچلۇق پروگراممىلار

ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرى:

EV تەتۈر ئايلاندۇرغۇچ (مەسىلەن ، تېسلا Model 3 SiC MOSFETs نى ئىشلىتىپ ، ئۈنۈمنى% 5-10 ئۆستۈرىدۇ).

تېز توك قاچىلاش پونكىتى / ماسلاشتۇرغۇچ (GaN ئۈسكۈنىلىرى 100W + تېز توك قاچىلاشنى قوزغىتىدۇ ، چوڭ-كىچىكلىكىنى% 50 تۆۋەنلىتىدۇ).

RF ئۈسكۈنىلىرى:

5G ئاساسى پونكىت قۇۋۋەت كۈچەيتكۈچ (GaN-on-SiC PAs mmWave چاستوتىنى قوللايدۇ).

ھەربىي رادار (GaN GaAs نىڭ توك زىچلىقى 5 offers بىلەن تەمىنلەيدۇ).

ئوپتىكىلىق ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرى:

UV LED (مىكروبسىزلاندۇرۇش ۋە سۇ سۈپىتىنى تەكشۈرۈشتە ئىشلىتىلىدىغان AlGaN ماتېرىياللىرى).

كەسىپ ئەھۋالى ۋە كەلگۈسى ئىستىقبالى

SiC يۇقىرى قۇۋۋەتلىك بازاردا ھۆكۈمرانلىق قىلىدۇ ، ماشىنا دەرىجىلىك مودۇللار ئاللىقاچان تۈركۈملەپ ئىشلەپچىقىرىلىدۇ ، گەرچە چىقىم يەنىلا توسالغۇ بولسىمۇ.

GaN ئىستېمال ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرى (تېز توك قاچىلاش) ۋە RF قوللىنىشچان پروگراممىلىرىدا تېز سۈرئەتتە كېڭىيىپ ، 8 دىيۇملۇق ۋافېرغا ئۆتتى.

گال ئوكسىد (Ga₂O₃ ، بەلۋاغ 4.8eV) ۋە ئالماس (5.5eV) قاتارلىق يېڭىدىن پەيدا بولغان ماتېرىياللار يېرىم ئۆتكۈزگۈچنىڭ «تۆتىنچى ئەۋلاد» ىنى شەكىللەندۈرۈپ ، توك بېسىمىنى 20kV دىن ئاشۇرۇشى مۇمكىن.

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئەۋلادلارنىڭ تەڭ مەۋجۇت بولۇپ تۇرۇشى ۋە ماسلىشىشى

تولۇقلاش ، ئالماشتۇرۇش ئەمەس:

كرېمنىي لوگىكىلىق ئۆزەك ۋە ئىستېمال ئېلېكترونلىرى (يەرشارى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ بازىرىنىڭ 95%) دا يەنىلا ئاساسلىق ئورۇندا تۇرىدۇ.

GaAs ۋە InP يۇقىرى چاستوتىلىق ۋە ئوپتىكىلىق ئېلېكترون ئۇۋىسى بىلەن شۇغۇللىنىدۇ.

SiC / GaN ئېنېرگىيە ۋە سانائەت قوللىنىشلىرىدا ئورنىنى باسالمايدۇ.

تېخنىكىنى بىرلەشتۈرۈش مىسالى:

GaN-on-Si: GaN بىلەن تېز توك قاچىلاش ۋە RF قوللىنىشچان پروگراممىلىرى ئۈچۈن ئەرزان باھالىق كرېمنىينىڭ ئاستى قىسمىنى بىرلەشتۈرگەن.

SiC-IGBT ئارىلاش ماتورلۇق مودۇل: تورنى ئايلاندۇرۇش ئۈنۈمىنى ئۆستۈرىدۇ.

كەلگۈسى يۈزلىنىش:

گېروگېنوگېنلىق بىرىكتۈرۈش: ماتېرىياللارنى (مەسىلەن ، Si + GaN) بىر ئۆزەكتە بىرلەشتۈرۈپ ئىقتىدار ۋە تەننەرخنى تەڭپۇڭلاشتۇرىدۇ.

دەرىجىدىن تاشقىرى كەڭ بەلۋاغلىق ماتېرىياللار (مەسىلەن ، Ga₂O₃ ، ئالماس) دەرىجىدىن تاشقىرى يۇقىرى بېسىملىق (> 20kV) ۋە كىۋانت ھېسابلاش پروگراممىلىرىنى قوزغىتىشى مۇمكىن.

مۇناسىۋەتلىك ئىشلەپچىقىرىش

GaAs لازېر ئېپتاكسىمان ۋافېر 4 دىيۇم 6 دىيۇم

12 دىيۇملۇق SIC يەر ئاستى كرېمنىي كاربون باش دىئامېتىرى 300 مىللىمېتىر چوڭلۇقتىكى 4H-N يۇقىرى قۇۋۋەتلىك ئۈسكۈنىلەرنىڭ ئىسسىقلىق تارقىتىشىغا ماس كېلىدۇ.