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硬件百科:半導(dǎo)體原材料有哪些?

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-08-18 03:56:48    作者:宮志強(qiáng)    瀏覽次數(shù):51
導(dǎo)讀

這些年整個(gè)集成電路行業(yè)都陷入了瓶頸,處理器工藝制程難以精進(jìn),摩爾定律似乎已經(jīng)走向了沒(méi)落,半導(dǎo)體行業(yè)一直想要找出可以替代硅(Si)的半導(dǎo)體材料,但嘗試了各種后發(fā)現(xiàn)還是硅(Si)好掙錢。雖然硅(Si)在集成電路

這些年整個(gè)集成電路行業(yè)都陷入了瓶頸,處理器工藝制程難以精進(jìn),摩爾定律似乎已經(jīng)走向了沒(méi)落,半導(dǎo)體行業(yè)一直想要找出可以替代硅(Si)的半導(dǎo)體材料,但嘗試了各種后發(fā)現(xiàn)還是硅(Si)好掙錢。

雖然硅(Si)在集成電路芯片制造上目前無(wú)法被替代,但經(jīng)過(guò)了這么多年的發(fā)展,每一個(gè)成熟的半導(dǎo)體材料自己都可以帶動(dòng)一個(gè)行業(yè)的發(fā)展,那么目前行業(yè)里有哪些半導(dǎo)體材料呢?

第一代半導(dǎo)體:

業(yè)界將半導(dǎo)體材料進(jìn)行過(guò)分類,前面提到的硅(Si)和鍺(Ge)是第一代半導(dǎo)體材料。

硅(Si):前面提到的硅(Si)是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料,集成電路基本都是由硅(Si)制造。硅(Si)被大家廣為熟知是因?yàn)樗荂PU的材料,英特爾和AMD的處理器都是基于硅(Si)所打造的,當(dāng)然除了CPU,GPU芯、存儲(chǔ)閃存也都是硅(Si)的天下。

鍺(Ge):鍺(Ge)是早期晶體管的材料,可以說(shuō)正是硅(Si)出現(xiàn)之后鍺(Ge)才走向了沒(méi)落,不過(guò)也只是鍺(Ge)并沒(méi)有被硅(Si)完全取代,作為重要的半導(dǎo)體材料之一,鍺(Ge)依舊活躍在一些光纖、太陽(yáng)能電池等通道領(lǐng)域。

第一代半導(dǎo)體材料的不管是技術(shù)開發(fā)還是還是成本把握都最為成熟,所以即使后面的第二、第三代半導(dǎo)體材料在某些特性表現(xiàn)方面完全超越了硅(Si),卻也沒(méi)有辦法商用取代硅(Si)的價(jià)值,無(wú)法帶來(lái)硅(Si)這樣的高收益才是關(guān)鍵。

第二代半導(dǎo)體:

第二代半導(dǎo)體材料與第一代半導(dǎo)體有本質(zhì)的不同,第一代半導(dǎo)體的硅(Si)和鍺(Ge)屬于單質(zhì)半導(dǎo)體,也就是由單一物質(zhì)構(gòu)成。而第二代屬于化合物半導(dǎo)體材料,由兩種或兩種以上元素合成而來(lái),并且擁有半導(dǎo)體特性,第二代半導(dǎo)體常見(jiàn)的是砷化鎵(GaAs)和磷化銦 (InP)。

砷化鎵(GaAs):砷化鎵(GaAs)是第二代半導(dǎo)體材料的標(biāo)志性產(chǎn)物之一,我們經(jīng)常聽說(shuō)的的LED發(fā)光二極管,就有砷化鎵(GaAs)參與。

砷化鎵(GaAs)

磷化銦 (InP):磷化銦 (InP)由金屬銦和赤磷在石英管中加熱反應(yīng)制作,特點(diǎn)是耐高溫、高頻率和高速率,因此在通訊行業(yè)被廣泛應(yīng)用,用于制作通信器件。

第二代半導(dǎo)體可以說(shuō)是4G時(shí)代的基盤,很多4G設(shè)備使用的材料都是基于第二代半導(dǎo)體材料打造。

第三代半導(dǎo)體:

第三代半導(dǎo)體同樣屬于化合物半導(dǎo)體材料,特點(diǎn)是高禁帶寬度、高功率和高頻以及高電壓等,代表產(chǎn)品是,碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)。

碳化硅(SiC):碳化硅(SiC)的特性有耐高溫、耐高壓,非常適合是做功率器件開關(guān),如很多主板上高端MOSFET就是由碳化硅(SiC)制作的。

MOSFET

氮化鎵(GaN):氮化鎵(GaN)碳化硅(SiC)一樣都是高禁帶寬度半導(dǎo)體,特性是能耗低、適合高頻率,適合打造5G基站,唯一的缺點(diǎn)就是技術(shù)成本過(guò)高,很難在商用領(lǐng)域看到。

目前國(guó)內(nèi)比較流行推廣第三代半導(dǎo)體的發(fā)展,原因是國(guó)內(nèi)外起點(diǎn)差距小,還有競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。

注意事項(xiàng):

雖然這些半導(dǎo)體材料被認(rèn)為劃分到為第一代、第二代,聽起來(lái)也像是迭代的產(chǎn)品,但其實(shí)這些第一代、第二代、第三代半導(dǎo)體材料并不是替代關(guān)系,她們的特性不同,應(yīng)用的場(chǎng)景也不一樣,一二三代只是行業(yè)一種區(qū)分標(biāo)識(shí),只是根據(jù)材料進(jìn)行了劃分,有些場(chǎng)景化甚至?xí)瑫r(shí)應(yīng)用在一起。

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(文/宮志強(qiáng))
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