세 번째 세대의 반도체가 왜 그렇게 인기가 있습니까?

세 번째 세대의 반도체는 현재 첨단 기술 분야에서 가장 뜨거운 주제이며 5G, 전기 자동차, 재생 에너지 및 산업 4의 발전에 필수적인 역할을합니다.0이 발전에 대해 자주 들었지만 많은 사람들은 아직 그것에 대해 모호한 이해를 가지고 있습니다. 그렇다면 세 번째 세대의 반도체는 정확히 무엇입니까?우리는 가장 직설적이고 포괄적인 관점을 제공하여 기술 산업의 미래를 형성 할 준비가 된 이 핵심 기술을 이해하는 데 도움이 될 것입니다..

세 번째 세대의 반도체와 광대역 간격은 무엇일까요?

세 번째 세대의 반도체에 대해 이야기할 때 먼저 첫 번째 세대와 두 번째 세대를 소개해 보겠습니다. 반도체 재료 분야에서1세대 반도체는 실리콘 (Si) 이다., 그리고 두 번째 세대의 반도체는 갈륨 아르세나이드 (GaAs) 이다. 세 번째 세대의 반도체 (또한 "위드 밴드gap 반도체"로도 알려져있다." WBG) 는 실리콘 탄화물 (SiC) 및 갈륨 질산화물 (GaN) 을 포함합니다..

넓은 대역 반도체에서 "반도체 격차"는 "반도체가 단열 상태에서 전도 상태로 전환하는 데 필요한 에너지 격차"를 나타냅니다.

실리콘과 갈륨 아르세나이드, 1세대 반도체와 2세대 반도체로서, 각각 1.12 eV와 1.43 eV의 값으로 낮은 대역 간격을 가지고 있다.세 번째 세대의 반도체 (위드 반도체) 의 반도체 간격은 SiC와 GaN 3따라서, 높은 온도, 압력 또는 전류에 노출되면,3세대 반도체는 1세대와 2세대에 비해 단열 상태에서 전도 상태로 전환할 확률이 낮습니다.그들은 더 안정적인 특성과 더 나은 에너지 변환 능력을 보여줍니다.

세 번째 세대 반도체 에 대한 일반적인 오해

5G와 전기차 시대가 도래하면서 고주파, 고속 컴퓨팅, 빠른 충전 수요가 증가했습니다.실리콘과 갈륨 아르세네이드는 온도 기준으로 한계에 도달했습니다., 주파수, 그리고 전력, 힘과 속도를 높이는 것을 어렵게. 더구나 작동 온도가 100도를 넘으면, 첫 두 세대의 제품은 실패에 더 취약합니다.가혹한 환경에 적합하지 않게 만듭니다.이산화탄소 배출에 대한 세계적 관심과 함께, 고효율, 낮은 에너지 소비 세 번째 세대의 반도체는 시대의 새로운 선호도가되었습니다.

세 번째 세대의 반도체는 높은 주파수에서도 뛰어난 성능과 안정성을 유지할 수 있습니다. 그들은 또한 빠른 전환 속도, 작은 크기,그리고 빠른 열 분산칩 크기가 크게 줄이면 주변 회로 설계가 단순화되고 모듈과 냉각 시스템의 부피가 감소합니다.

많은 사람들은 3세대 반도체가 1세대와 2세대의 기술 발전으로 축적된 것이라고 잘못 믿고 있지만, 이것은 완전히 사실이 아닙니다.다이어그램에서 볼 수 있듯이, 이 세 세대의 반도체는 실제로 기술을 병행적으로 개발하고 있습니다.

SiC와 GaN는 각각의 장점과 다른 개발 영역을 가지고 있습니다.

반도체의 첫 세 세대의 차이점을 이해한 후, 세 번째 세대의 반도체인 SiC와 GaN의 재료에 집중합니다.이 두 재료의 응용 분야는 약간 다릅니다.현재 GaN 구성 요소는 충전기, 기지 스테이션 및 5G 통신과 관련된 다른 고주파 제품과 같은 900V 이하의 전압과 분야에서 일반적으로 사용됩니다.다른 한편으로, 전기차와 같은 1200V 이상의 전압의 애플리케이션에 사용됩니다.

SiC는 실리콘 (Si) 과 탄소 (C) 로 구성되어 있으며 열, 화학 및 기계 측면에서 강한 결합과 안정성을 가지고 있습니다. 낮은 손실과 높은 전력 특성으로 인해SiC는 고전압 및 고전류 애플리케이션에 적합합니다., 전기차, 전기차 충전 인프라, 태양광 및 해상 풍력 발전 장비와 같이.

또한, SiC 자체는 "동일성 에피택시" 기술을 사용하므로 품질이 좋고 부품 신뢰도가 높습니다. 전기 차량이 그것을 사용하는 주된 이유이기도 합니다.,수직 장치이기 때문에 높은 전력 밀도를 가지고 있습니다.

현재 전기 차량의 전력 시스템은 주로 200V에서 450V 사이에서 작동하며, 고급 모델은 미래에 800V로 이동하여 SiC의 주요 시장이 될 것입니다.SiC 웨이퍼 제조가 어렵기 때문에, 또한 쉽게 얻을 수 없는 긴 결정의 원자 결정에 대한 높은 요구 사항이 있습니다.긴 결정 기술의 어려움은 현재 대규모 생산이 여전히 실현 불가능하다는 것을 의미합니다., 나중에 더 자세히 설명할 것입니다.

GaN은 "이질적인 부산화" 기술을 사용하여 SiC 또는 Si substrates와 같은 다른 기판에서 자라는 측면 구성 요소입니다.이 방법 으로 생산 된 GaN 얇은 필름 은 비교적 낮은 품질 이다.현재 빠른 충전과 같은 소비자 분야에서 사용되고 있지만 전기 차량이나 산업용 애플리케이션에 대한 사용에 대한 의구심이 있습니다.이는 또한 제조업체가 돌파하고자 하는 방향입니다..

GaN의 응용 분야는 고전압 전력 장치 (Power) 및 고주파 구성 요소 (RF) 를 포함합니다. 전력은 종종 전력 변환기 및 직렬기로 사용됩니다.블루투스 같은 일반적으로 사용되는 기술, Wi-Fi 및 GPS 위치 설정은 RF 전파 구성 요소의 예입니다.

기판 기술 측면에서 GaN 기판의 생산 비용은 상대적으로 높습니다. 따라서 GaN 구성 요소는 대부분 실리콘 기판을 기반으로합니다.현재 시장에서 사용할 수있는 GaN 전력 장치는 두 가지 유형의 웨이퍼를 사용하여 제조됩니다.: GaN-on-Si (실리콘에 있는 갈륨산화물) 및 GaN-on-SiC (실리콘카바이드에 있는 갈륨산화물)

일반적으로 들리는 GaN RF 라디오 주파수 장치 및 PowerGaN와 같은 GaN 공정 기술 응용 프로그램은 GaN-on-Si 기판 기술에서 유래됩니다. GaN-on-SiC 기판 기술에 대해,실리콘 카바이드 (SiC) 기판 제조에 있어서의 어려움으로 인해, 이 기술은 주로 미국의 Cree와 II-VI와 ROHM Semiconductor와 같은 몇 가지 국제 제조업체에 의해 통제됩니다.