对于第三代半导体氮化镓，你知道多少？

氮化镓（GaN）是一种非常坚硬且机械性能非常稳定的宽禁带半导体材料。由于具有更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的热导率和更低的导通电阻，GaN基功率器件明显优于硅基器件。
GaN晶体可以在各种衬底上生长，包括蓝宝石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生长氮化镓外延层，可以利用现有的硅制造基础设施，消除了对高成本的特定生产设施的需要，并以低成本使用大直径硅芯片。
氮化镓用于制造半导体功率器件，也可用于制造射频元件和发光二极管(LED)。Keep Tops的氮化镓技术显示其可在功率转换、射频和模拟应用中取代硅基半导体技术。

什么是高电子迁移率晶体管
使用二维电子气(2 DEG)，由两种不同带隙材料之间的结组成。与同等的基于硅的解决方案相比，GaN基HE MT的开关速度更快，具有更高的热导率和更低的导通电阻，允许GaN晶体管和集成电路用于电路，以提高效率、缩小尺寸并降低各种电源转换系统的成本。
一百多年前，在电子时代的黎明，电源设计工程师努力寻找理想的开关，一种能够实现快速、高效功率转换的开关，将原始电能转换成可控的、有用的流动电子。首先是真空管技术。
而，由于其产生大量热量而导致的能量效率较低，而且体积大、成本高，限制了它的应用。然后在20世纪50年代，晶体管被广泛使用。它的小体积和高效率使它成为工业界的“圣杯”，它迅速取代了真空管，同时推动了巨大的、全新的市场发展，这是真空管技术所不能实现的。

硅基晶体管与电子时代的到来
硅很快成为制造半导体晶体管的首选材料。这不仅是因为其固有的优越的电气特性，而且还因为它的生产成本比真空管。此后，在20世纪70年代和80年代，硅基晶体管和随后的集成电路发展迅速。
摩尔定律认为，晶体管的性能可以在18个月左右的时间内提高一倍，与此同时，它们的制造成本也会随之降低，推动业界不断推出性能更高、成本更低的新产品，深受客户欢迎。功率转换中，硅基功率MOSFET器件实践了这一规律，成为硅基晶体管蓬勃发展的主要因素。
像真空管技术一样，硅基功率MOSFET已经被推到了极限——以实现更高的性能和更低的价格。幸运的是，市场继续要求理想的开关具有极快的开关，无电阻，更低的成本等优点，新材料推出，可以使高性能的功率转换晶体管和集成电路。

氮化镓方案

氮化镓半导体的快速发展
把电子性能带到另一个更高水平和恢复摩尔定律的主要候选材料是氮化镓材料。已经证明，GaN器件的电子传导效率是硅基器件的1000倍，同时制造成本低于硅基器件。硅基器件的技术发展已经到了极限，一种性能更高的新型半导体材料正在兴起——氮化镓材料。

氮化镓器件的工作原理
氮化镓是一种宽带隙半导体，用于高效率功率晶体管和集成电路。氮化铝镓（AlGaN）的薄层生长在GaN晶体的顶部上，并在界面处施加应力，导致在二维电子气（2DEG）。2DEG用于在电场作用下有效地传导电子。
2 DEG具有很高的导电性，部分原因是由于电子在界面处被困在非常精细的区域，从而使电子的迁移率从无应力作用前的1000 cm2/V S增加到2 DEG区的1500~1500。2000平方厘米/V·s。
与硅基解决方案相比，GaN晶体管和集成电路的高电子迁移率可实现更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的热导率和更低的导通电阻。

审核编辑 黄宇