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评估氧化镓作为超宽带隙半导体的前景

发布时间:2019-01-26 09:34:24 来源:

在微电子器件中,带隙是决定下层材料的导电性的主要因素。具有大带隙的物质通常是不能很好地导电的绝缘体,而具有较小带隙的那些是半导体。最新一类具有超宽带隙(UWB)的半导体能够在比使用成熟带隙材料(如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN))制造的传统小带隙硅基芯片更高的温度和功率下工作。

在AIP出版社的应用物理学杂志上,佛罗里达大学,美国海军研究实验室和韩国大学的研究人员提供了有关最有希望的UWB化合物之一的性质,能力,当前局限性和未来发展的详细观点,氧化镓(Ga 2 O 3)。

氧化镓具有4.8电子伏特(eV)的极宽带隙,使硅的1.1eV相形见绌,超过SiC和GaN所展示的3.3eV。这种差异使Ga 2 O 3能够承受比硅,SiC和GaN更大的电场而不会发生故障。此外,Ga 2 O 3在较短距离内处理相同的电压量。这使得它对于生产更小,更高效的高功率晶体管非常有用。

“氧化镓为半导体制造商提供了一种适用于微电子器件的高度适用的基板,”佛罗里达大学材料科学与工程教授,论文作者Stephen Pearton说。“这种化合物似乎非常适用于为电动汽车或转换器充电的配电系统,这些电动汽车或转换器可以从风力涡轮机等替代能源向电网输送电力。”

Pearton和他的同事们还研究了Ga 2 O 3作为金属氧化物半导体场效应晶体管(更好地称为MOSFET)的基础的潜力。“传统上,这些微型电子开关由硅制成,用于笔记本电脑,智能手机和其他电子产品,”Pearton说。“对于像电动汽车充电站这样的系统,我们需要的MOSFET能够以比硅基器件更高的功率水平运行,而氧化镓可能就是解决方案的目标。”

为了实现这些先进的MOSFET,作者确定需要改进栅极电介质,以及更有效地从器件中提取热量的热管理方法。Pearton得出结论,Ga 2 O 3不会取代SiC和GaN,而是硅之后的下一个主要半导体材料,但更有可能在扩展超宽带隙系统可用的功率和电压范围方面发挥作用。

“最有希望的应用可能是电力调节和配电系统中的高压整流器,如电动汽车和光伏太阳能系统,”他说。

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