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給大伙揭秘一、二、三代半導體材料有哪些?

電子工程師 ? 來源:中關村在線 ? 作者:中關村在線 ? 2021-06-04 11:07 ? 次閱讀

這些年整個集成電路行業都陷入了瓶頸,處理器工藝制程難以精進,摩爾定律似乎已經走向了沒落,半導體行業一直想要找出可以替代硅(Si)的半導體材料,但嘗試了各種后發現還是硅(Si)好掙錢。

雖然硅(Si)在集成電路芯片制造上目前無法被替代,但經過了這么多年的發展,每一個成熟的半導體材料自己都可以帶動一個行業的發展,那么目前行業里有哪些半導體材料呢?

第一代半導體:

業界將半導體材料進行過分類,前面提到的硅(Si)和鍺(Ge)是第一代半導體材料。

硅(Si):前面提到的硅(Si)是目前應用最廣泛的半導體材料,集成電路基本都是由硅(Si)制造。硅(Si)被大家廣為熟知是因為它是CPU的材料,英特爾AMD的處理器都是基于硅(Si)所打造的,當然除了CPU,GPU芯、存儲閃存也都是硅(Si)的天下。

鍺(Ge):鍺(Ge)是早期晶體管的材料,可以說正是硅(Si)出現之后鍺(Ge)才走向了沒落,不過也只是鍺(Ge)并沒有被硅(Si)完全取代,作為重要的半導體材料之一,鍺(Ge)依舊活躍在一些光纖、太陽能電池等通道領域。

第一代半導體材料的不管是技術開發還是還是成本把握都最為成熟,所以即使后面的第二、第三代半導體材料在某些特性表現方面完全超越了硅(Si),卻也沒有辦法商用取代硅(Si)的價值,無法帶來硅(Si)這樣的高收益才是關鍵。

第二代半導體:

第二代半導體材料與第一代半導體有本質的不同,第一代半導體的硅(Si)和鍺(Ge)屬于單質半導體,也就是由單一物質構成。而第二代屬于化合物半導體材料,由兩種或兩種以上元素合成而來,并且擁有半導體特性,第二代半導體常見的是砷化鎵(GaAs)和磷化銦 (InP)。

砷化鎵(GaAs):砷化鎵(GaAs)是第二代半導體材料的標志性產物之一,我們經常聽說的的LED發光二極管,就有砷化鎵(GaAs)參與。

砷化鎵(GaAs)

磷化銦 (InP):磷化銦 (InP)由金屬銦和赤磷在石英管中加熱反應制作,特點是耐高溫、高頻率和高速率,因此在通訊行業被廣泛應用,用于制作通信器件。

第二代半導體可以說是4G時代的基盤,很多4G設備使用的材料都是基于第二代半導體材料打造。

第三代半導體:

第三代半導體同樣屬于化合物半導體材料,特點是高禁帶寬度、高功率和高頻以及高電壓等,代表產品是,碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)。

碳化硅(SiC):碳化硅(SiC)的特性有耐高溫、耐高壓,非常適合是做功率器件開關,如很多主板上高端MOSFET就是由碳化硅(SiC)制作的。

MOSFET

氮化鎵(GaN):氮化鎵(GaN)碳化硅(SiC)一樣都是高禁帶寬度半導體,特性是能耗低、適合高頻率,適合打造5G基站,唯一的缺點就是技術成本過高,很難在商用領域看到。

目前國內比較流行推廣第三代半導體的發展,原因是國內外起點差距小,還有競爭的機會。

注意事項:

雖然這些半導體材料被認為劃分到為第一代、第二代,聽起來也像是迭代的產品,但其實這些第一代、第二代、第三代半導體材料并不是替代關系,它們的特性不同,應用的場景也不一樣,一二三代只是行業一種區分標識,只是根據材料進行了劃分,有些場景化甚至會同時應用在一起。

編輯:jq

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原文標題:硬件百科:半導體材料有哪些?

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