半导体迄今为止共经历了三个发展阶段:
第一代半导体以硅(Si)、锗(Ge)为代表;
第二代半导体以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等化合物为代表;
第三代半导体是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为主的宽禁带半导体材料,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。
目前已大量应用
物质的导电需要有自由电子或者空穴存在,自由电子存在的能带称作导带,自用空穴存在的能带称作价带。被束缚的电子要想成为自由电子或空穴,必须获得足够能量从价带跃迁到导带,这个能量的最小值就是禁带宽度。
禁带宽度又称能隙(Energy Gap):导带的最低能级和价带的最高能级之间的能量。单位:eV(电子伏特)。宽禁带半导体是指禁带宽度大于2.2eV的半导体材料,而当前主流的半导体材料硅的禁带宽度大约是1.12eV。
下图分别从电场强度、能隙(即带宽)、电子迁移率、热导率和熔点5个方面对比了最常见的Si, SiC, GaN这三种半导体材料的属性。
禁带宽度和电场强度越高,器件越不容易被击穿,耐压可以更高;热导率和熔点越高,器件越容易散热,也更容易耐高温;电子迁移率越高,器件的开关速度也就越快,因此可以做高频器件。不难看出,SiC和GaN器件在高温、高压、高频应用领域的显著优势。