“宽禁带功率半导体”是指使用某一种宽禁带半导体材料制成的功率半导体器件,是相对于硅半导体材料制成的硅功率半导体器件而言的。宽禁带半导体材料中最有意义的是碳化硅、氮化镓和氧化锌半导体。为什么把它们称为“宽禁带”,是因为它们与硅材料相比在半导体十分重要的参数“禁带宽度”上相差甚远,这些材料的禁带宽度在3.3到3.5电子伏之间,而硅单晶是1.21电子伏,前者是硅的3倍,所以称为宽禁带半导体材料。
宽禁带半导体材料发展简史
(1)碳化硅(SiC)是开发最早的宽禁带半导体材料,早在1824 年就被发现了,但直到1955年,才有生长高品质SiC 的方法出现;到了1987 年,商业化生产的SiC 开始进入市场,但直到进入21 世纪后才算全面铺开。SiC晶体结构具有同质多型的特点,即在化学计量成分相同的情况下具有不同的晶体结构,各同质异型体之间的化学性质相同,但在物理性质,特别是半导体性能方面则表现出各自的特性。目前已被证实的SiC 多形体就超过200 种,最常见的SiC 多型体有立方结构的3C-SiC 和六方结构的6H-SiC、4H-SiC。在现今已开发的宽禁带半导体中,SiC 是技术发展最成熟的一种。
(2)氮化镓(GaN)和砷化镓同属III-V族半导体化合物,但氮化镓是III-V族半导体化合物中少有的宽禁带材料。例如与目前常用的砷化镓激光器相比,它不仅可以将光盘纪录的信息量提高四倍以上,而且可以大大提高光信息的存取速度。虽然人们早就认识到氮化镓的这一优点,但由于氮化镓单晶材料制备上的困难以及难于生长出氮化镓PN结。直至1985年通过先进的分子束外延方法才有改善了的氮化镓材料投入应用;
(3)氧化锌与氮化镓材料相比,氧化锌薄膜的紫外发光是刚刚开始的新兴课题。氧化锌是一种具有六方结构的宽禁带半导体材料,室温下的禁带宽度为3.36eV。1997年日本和香港科学家合作研究得到了氧化锌薄膜的近紫外受激发光。目前,也有人发现了氧化锌薄膜的光生伏特效应,显示出用它制备太阳能电池和紫外探测器的应用潜力;此外还有人研究了氧化锌薄膜的光记录特性
中国宽禁带功率半导体产业联盟成立
2013年12月22日,中国宽禁带功率半导体产业联盟在济南成立,联盟的成立,标志着我国在宽禁带功率半导体产业前沿和前瞻性的技术和产业方面有了一个新的组织。
据了解,宽禁带功率半导体是继硅基半导体之后新一代具有革命性意义的半导体产业,属于国家战略性新兴产业。它将为节能减排,发展清洁能源,解决环境污染问题发挥积极而重要的作用。有的科学家提出宽禁带功率半导体将使人类进入绿色能源时代,如太阳能和风能等。但是它们要变成可用的能源,就必须靠宽禁带功率半导体来进行高效的能源转换。
我国的宽禁带和世界相比,是非常弱势的。在欧洲和日本的碳化硅国际会议上,国内参加的企业非常之少。
联盟通过成员之间的资源共享、人才互补,以及技术、资金和产品的合作,从而打造完整的产业链,构建我国完整的宽禁带功率半导体产业链,推动中国宽禁带功率半导体产业的跨越式发展。
宽禁带氮化物面发射半导体激光器研究获重大突破
863计划新材料领域“蓝绿色垂直腔面发射半导体激光器”课题近日取得重大突破,在我国(除台湾地区外)首次实现了室温光泵条件下氮化物面发射激光器(VCSEL)的受激发射,所得器件重要性能指标超过了国际报道的最好水平。这标志着我国氮化物面发射激光器研究已进入世界先进行列。