Mengapa generasi ketiga semikonduktor begitu populer? 4 gambar untuk segera memahami teknologi kunci GaN dan SiC.

Semikonduktor generasi ketiga saat ini menjadi topik terpanas di bidang teknologi tinggi, memainkan peran yang sangat penting dalam pengembangan 5G, kendaraan listrik, energi terbarukan, dan Industri 4.0Meskipun kita sering mendengar tentang perkembangan ini, banyak orang masih hanya memiliki pemahaman yang samar tentang mereka. jadi, apa sebenarnya generasi ketiga semikonduktor?kami akan memberikan perspektif yang paling langsung dan komprehensif untuk membantu Anda memahami teknologi kunci yang siap untuk membentuk masa depan industri teknologi.

Apa itu generasi ketiga semikonduktor dan wide-bandgap?

Ketika kita berbicara tentang generasi ketiga semikonduktor, mari kita pertama-tama secara singkat memperkenalkan generasi pertama dan kedua.Semikonduktor generasi pertama adalah silikon (Si), dan semikonduktor generasi kedua adalah gallium arsenide (GaAs)." WBG) termasuk silikon karbida (SiC) dan gallium nitride (GaN).

"Bandgap" dalam semikonduktor broad-bandgap mewakili "kesenjangan energi yang diperlukan untuk semikonduktor untuk transisi dari isolasi ke konduktif".

Silikon dan gallium arsenida, sebagai generasi pertama dan kedua semikonduktor, memiliki bandgap rendah, dengan nilai masing-masing 1,12 eV dan 1,43 eV.bandgap dari generasi ketiga (wide-bandgap) semikonduktor SiC dan GaN adalah 3Oleh karena itu, ketika terkena suhu tinggi, tekanan, atau arus,Semikonduktor generasi ketiga kurang cenderung beralih dari isolasi ke konduktif dibandingkan dengan generasi pertama dan keduaMereka menunjukkan karakteristik yang lebih stabil dan kemampuan konversi energi yang lebih baik.

Kesalahpahaman umum tentang semikonduktor generasi ketiga

Dengan munculnya era 5G dan kendaraan listrik, permintaan untuk komputasi frekuensi tinggi, kecepatan tinggi, dan pengisian cepat telah meningkat.Silikon dan gallium arsenide telah mencapai batas mereka dalam hal suhu, frekuensi, dan daya, sehingga sulit untuk meningkatkan daya dan kecepatan. Selain itu, ketika suhu operasi melebihi 100 derajat, dua generasi pertama produk lebih rentan terhadap kegagalan,membuat mereka tidak cocok untuk lingkungan yang kerasDengan fokus global pada emisi karbon, efisiensi tinggi, konsumsi energi rendah generasi ketiga semikonduktor telah menjadi favorit baru era.

Semikonduktor generasi ketiga dapat mempertahankan kinerja dan stabilitas yang sangat baik bahkan pada frekuensi tinggi.dan disipasi panas yang cepatKetika ukuran chip sangat berkurang, mereka membantu menyederhanakan desain sirkuit perifer, sehingga mengurangi volume modul dan sistem pendingin.

Banyak orang keliru percaya bahwa semikonduktor generasi ketiga terkumpul dari kemajuan teknologi generasi pertama dan kedua, tetapi ini tidak sepenuhnya benar.Seperti yang terlihat pada diagram, ketiga generasi semikonduktor ini sebenarnya mengembangkan teknologi secara paralel.

SiC dan GaN masing-masing memiliki keunggulan dan bidang pengembangan yang berbeda.

Setelah memahami perbedaan antara tiga generasi pertama semikonduktor, kita kemudian fokus pada bahan generasi ketiga semikonduktor - SiC dan GaN.Kedua bahan ini memiliki bidang aplikasi yang sedikit berbedaSaat ini, komponen GaN umumnya digunakan di bidang dengan tegangan di bawah 900V, seperti charger, base station, dan produk frekuensi tinggi lainnya yang terkait dengan komunikasi 5G; SiC,Di sisi lain, digunakan dalam aplikasi dengan tegangan lebih dari 1200V, seperti kendaraan listrik.

SiC terdiri dari silikon (Si) dan karbon (C), dengan ikatan yang kuat dan stabilitas dalam hal panas, kimia, dan mekanika.SiC cocok untuk aplikasi tegangan tinggi dan arus tinggi, seperti kendaraan listrik, infrastruktur pengisian kendaraan listrik, peralatan pembangkit tenaga surya dan tenaga angin lepas pantai.

Selain itu, SiC sendiri menggunakan teknologi "epitas homogen", sehingga memiliki kualitas yang baik dan keandalan komponen yang tinggi.,karena ini adalah perangkat vertikal, ia memiliki kepadatan daya yang tinggi.

Saat ini sistem tenaga kendaraan listrik sebagian besar beroperasi antara 200V dan 450V, dan model kelas atas akan bergerak menuju 800V di masa depan, menjadikannya pasar utama untuk SiC.Pembuatan wafer SiC sulit, dengan persyaratan yang tinggi untuk kristal sumber kristal panjang, yang tidak mudah diperoleh.Kesulitan teknologi kristal panjang berarti bahwa produksi skala besar masih tidak layak saat ini, yang akan diuraikan lebih lanjut nanti.

GaN adalah komponen lateral yang tumbuh pada substrat yang berbeda, seperti substrat SiC atau Si, menggunakan teknologi "epitaksi heterogen".Film tipis GaN yang dihasilkan dengan metode ini memiliki kualitas yang relatif burukMeskipun mereka saat ini digunakan di bidang konsumen seperti pengisian cepat, ada beberapa keraguan tentang penggunaannya di kendaraan listrik atau aplikasi industri,yang juga merupakan arah yang produsen ingin menerobos.

Bidang aplikasi GaN termasuk perangkat daya tegangan tinggi (Power) dan komponen frekuensi tinggi (RF).sementara teknologi yang umum digunakan seperti Bluetooth, Wi-Fi, dan penentuan posisi GPS adalah contoh komponen frekuensi radio RF.

Dalam hal teknologi substrat, biaya produksi substrat GaN relatif tinggi. Oleh karena itu, komponen GaN sebagian besar didasarkan pada substrat silikon.Perangkat daya GaN yang saat ini tersedia di pasar diproduksi menggunakan dua jenis wafer.: GaN-on-Si (gallium nitride pada silikon) dan GaN-on-SiC (gallium nitride pada silikon karbida).

Aplikasi teknologi proses GaN yang umum didengar, seperti perangkat frekuensi radio RF GaN dan PowerGaN, berasal dari teknologi substrat GaN-on-Si.karena kesulitan dalam pembuatan substrat silikon karbida (SiC), teknologi ini terutama dikendalikan oleh beberapa produsen internasional, seperti Cree dan II-VI di Amerika Serikat, dan ROHM Semiconductor.