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      氧化鎵是一種新型半導體晶體材料

      2022-03-15 11:47:22

      氧化鎵單晶材料,是繼Si、SiC及GaN后的第四代寬禁帶半導體材料,以β-Ga2O3單晶為基礎材料的功率器件具有更高的擊穿電壓與更低的導通電阻,從而擁有更低的導通損耗和更高的功率轉換效率,在功率電子器件方面具有極大的應用潛力。

      氧化鎵是一種來自日本的新型半導體晶體材料,可以廉價地生產高質量、大型單晶基板,有望成為下一代功率器件材料,其潛力超過氮化鎵和碳化硅;氧化鎵由于低成本及與GaN的低失配的特性,可用于GaN材料的外延襯底,Ga2O3具有4.9eV的極寬帶隙,超過了SiC和GaN顯示的3.3eV,此特性使其制作的器件比由禁帶較窄材料組成的器件更薄、更輕,并且能應對更高的功率,寬禁帶允許在更高的溫度下操作,從而減少對龐大的冷卻器件系統的需求,這種差異使Ga2O3能夠承受比硅、SiC和GaN更大的電場,而不會被擊穿。

      氧化鎵

      此外,Ga2O3能在更短的距離上處理相同量的電壓,這使得生產更小、更高效的大功率晶體管變得非常有價值。Ga2O3看起來非常適用于電動汽車充電的配電系統,或者將電力從風力渦輪機等替代能源輸送到電網的轉換器。Ga2O3的優勢還有作為金屬氧化物半導體場效應晶體管(更為人所知的MOSFETS)的潛力。

      傳統上,這些微小的電子開關是由硅制成的,用于筆記本電腦、智能手機和其他電子產品。對于像電動汽車充電站這樣的系統,我們需要能在比硅基器件更高的功率水平下工作的MOSFETS,而這正是Ga2O3可能成為解決方案的地方。在微電子器件中,帶隙是決定材料電導率的主要因素,帶隙寬的物質通常是不導電的絕緣體,帶隙窄的物質是半導體。

      功率半導體材料的特性:

      器件功能是由器件材料屬性、結構共同決定的,器件的材料屬性是決定器件功能優劣的關鍵,直接談器件材料屬性大家可能會覺得空洞不知所以,所以作者先介紹功率半導體的功能,以此引出實現此功能何種屬性能較好的被使用。功率半導體器件應用需要考慮大功率電路應用的特性,如絕緣、大電流能力等,在實際應用中,以動態的“開”和“關”為運行特征,一般不運行在放大狀態。

      由功率半導體器件構成的電力電子變換器實施的是電磁能量轉換,而不是單純的開/關狀態,它的非理想應用特性在電力電子變換器中起著舉足輕重的作用。要用好功率半導體器件,既要熟悉電力電子變換器的拓撲,更要充分掌握器件本身的特性,第 一、二、三、四代半導體都有可以作為功率半導體的材料,但是不同的材料屬性直接決定著器件的性能、價格、體積等等。

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      氧化鎵氧化銦


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