Ihe ndị na-emepụta semiconductor agbanweela site na ọgbọ atọ na-agbanwe agbanwe:
Ọgbọ nke mbụ (Si/Ge) tọrọ ntọala nke ngwa eletrọniki ọgbara ọhụrụ,
Ọgbọ nke abụọ (GaAs/InP) gbajiri ihe mgbochi optoelectronic na ugboro ugboro dị elu iji mee ka mgbanwe ozi sie ike,
Ọgbọ nke atọ (SiC/GaN) na-alụso ike na nsogbu gburugburu ebe obibi ọgụ ugbu a, na-eme ka nnọpụiche carbon na oge 6G dịgide.
Ọganihu a na-ekpughe mgbanwe dị iche iche site na iji ọtụtụ ihe eme ihe gaa na ọkachamara na sayensị ihe onwunwe.
1. Ndị Semiconductor nke ọgbọ mbụ: Silicon (Si) na Germanium (Ge)
Akụkọ Ihe Mere Eme
Na 1947, Bell Labs mepụtara germanium transistor, nke mere ka ọ malite n'oge semiconductor. Ka ọ na-erule afọ 1950, silicon ji nwayọọ nwayọọ dochie germanium dị ka ntọala nke sekit integrated (ICs) n'ihi oyi akwa oxide ya siri ike (SiO₂) na ọtụtụ ihe ndị sitere n'okike.
Njirimara Ihe
ⅠNjikọ egwu:
Germanium: 0.67eV (mkpụmkpụ band dị warara, ọ na-adịkarị mfe ịgbapụta mmiri, arụmọrụ okpomọkụ dị elu adịghị mma).
Silikọn: 1.12eV (bandgap na-apụtaghị ìhè, dị mma maka sekit ezigara mana enweghị ike iwepụ ìhè).
Ⅱ,Uru nke Silicon:
N'ụzọ ebumpụta ụwa, ọ na-emepụta oxide dị elu (SiO₂), nke na-eme ka mmepụta MOSFET dị ike.
Ọnụ ego dị ala ma baa ụba nke ụwa (ihe dị ka 28% nke ihe mejupụtara ihe mejupụtara ya).
Ⅲ,Mmachi:
Obere mmegharị elektrọn (naanị 1500 cm²/(V·s)), na-egbochi arụmọrụ ugboro ugboro dị elu.
Ike iguzogide voltaji/okpomọkụ adịghị ike (oke okpomọkụ ọrụ. ~150°C).
Ngwa Ndị Dị Mkpa
Ⅰ,Sekit agbakwunyere (ICs):
CPU, ibe nchekwa (dịka ọmụmaatụ, DRAM, NAND) na-adabere na silicon maka njupụta njikọta dị elu.
Ihe atụ: Intel's 4004 (1971), onye mbụ na-emepụta obere ihe nhazi azụmaahịa, jiri teknụzụ silicon 10μm.
Ⅱ,Ngwaọrụ Ike:
E ji silicon mee ka thyristor mbụ na obere voltaji MOSFET (dịka ọmụmaatụ, ihe ndị na-enye ike PC).
Ihe Ịma Aka na Oge Ochie
A kwụsịrị Germanium n'ihi mmiri na-agbapụta na enweghị ike ikpo ọkụ. Agbanyeghị, mmachi silicon na optoelectronics na ngwa ike dị elu kpaliri mmepe nke semiconductors ọgbọ ọhụrụ.
Ọgbọ nke abụọ nke Semiconductor: Gallium Arsenide (GaAs) na Indium Phosphide (InP)
Nzụlite Mmepe
N'afọ 1970-1980, ngalaba ndị na-apụta dịka nkwukọrịta ekwentị, netwọk eriri optical, na teknụzụ satịlaịtị mere ka a chọọ ihe dị mkpa maka ihe optoelectronic dị elu ma dị irè. Nke a mere ka e nwee ọganihu nke semiconductor bandgap kpọmkwem dịka GaAs na InP.
Njirimara Ihe
Arụmọrụ Bandgap na Optoelectronic:
GaAs: 1.42eV (bandgap kpọmkwem, na-eme ka ìhè na-apụta—ọ dị mma maka laser/LEDs).
InP: 1.34eV (ọ ka mma maka ngwa ogologo ebili mmiri, dịka ọmụmaatụ, nkwukọrịta eriri-optic 1550nm).
Njem Elektrọn:
GaAs na-enweta 8500 cm²/(V·s), nke karịrị silicon (1500 cm²/(V·s)), nke na-eme ka ọ dị mma maka nhazi mgbaàmà GHz.
Ihe ọghọm dị na ya
lIhe ndị na-agbawa agbawa: Ọ siri ike imepụta karịa silicon; Wafers GaAs na-eri ihe karịrị 10×.
lEnweghị oxide nkịtị: N'adịghị ka SiO₂ nke silicon, GaAs/InP enweghị oxide kwụsiri ike, nke na-egbochi mmepụta IC dị elu.
Ngwa Ndị Dị Mkpa
lNjikọ ihu RF:
Ngwa ndị na-eme ka ike ekwentị rụọ ọrụ (PAs), ndị na-eme ka satịlaịtị rụọ ọrụ (dịka ọmụmaatụ, ndị na-eme ka HEMT rụọ ọrụ na GaAs).
lOptoelectronics:
Diode laser (draịva CD/DVD), LED (red/infrared), modulu fiber-optic (InP lasers).
lMkpụrụ ndụ anyanwụ nke oghere:
Mkpụrụ ndụ GaAs na-enweta arụmọrụ 30% (site na ~ 20% maka silicon), nke dị mkpa maka satịlaịtị.
lNsogbu Teknụzụ
Ọnụ ego dị elu na-egbochi GaAs/InP itinye n'ọrụ dị elu, na-egbochi ha iwepụ ike silicon na ibe logical.
Ndị Semiconductor nke ọgbọ nke atọ (Semiconductor sara mbara): Silicon Carbide (SiC) na Gallium Nitride (GaN)
Ndị Na-akwọ Teknụzụ
Mgbanwe Ike: Ụgbọala eletriki na njikọta grid ike mmeghari ohuru chọrọ ngwaọrụ ike dị irè karị.
Mkpa Dị Elu: Sistemụ nkwukọrịta 5G na radar chọrọ ugboro dị elu na njupụta ike.
Gburugburu Ebe Obibi Dị Oke: Ngwa ụgbọ elu na injin ụlọ ọrụ chọrọ ihe ndị nwere ike iguzogide okpomọkụ karịrị 200°C.
Njirimara Ihe
Uru Bandgap sara mbara:
lSiC: Bandgap nke 3.26eV, ike ubi eletriki nke gbawara agbawa nke 10× nke silicon, nke nwere ike iguzogide voltaji karịrị 10kV.
lGaN: Bandgap nke 3.4eV, ngagharị elektrọn nke 2200 cm²/(V·s), nke na-arụ ọrụ nke ọma n'ọtụtụ ugboro.
Njikwa Okpomọkụ:
Ọkwa okpomọkụ nke SiC ruru 4.9 W/(cm·K), nke ka mma okpukpu atọ karịa silicon, nke na-eme ka ọ dị mma maka ojiji ike dị elu.
Ihe Ịma Aka nke Ihe Ndị Dị na Ya
SiC: Uto otu kristal dị nwayọ chọrọ okpomọkụ karịrị 2000°C, nke na-ebute ntụpọ wafer na ọnụ ahịa dị elu (wafer SiC nke dị sentimita 6 dị ọnụ ala karịa silicon).
GaN: Enweghị ihe e ji aka mee, nke na-achọkarị heteroepitaxy na sapphire, SiC, ma ọ bụ silicon substrates, nke na-ebute nsogbu ndị metụtara enweghị nhazi nke lattice.
Ngwa Ndị Dị Mkpa
Ngwa eletrọniki ike:
Ndị na-agbanwe EV (dịka ọmụmaatụ, Tesla Model 3 na-eji SiC MOSFETs, na-eme ka arụmọrụ dịkwuo mma site na 5–10%).
Ọdụ/ihe nkwụnye ọkụ na-achaji ngwa ngwa (Ngwaọrụ GaN na-eme ka chaji ngwa ngwa 100W+ dị elu ma na-ebelata nha site na 50%).
Ngwaọrụ RF:
Ngwa amplifiers ike isi 5G (GaN-on-SiC PAs na-akwado ugboro mmWave).
Rada ndị agha (GaN na-enye 5× ike njupụta nke GaAs).
Optoelectronics:
UV LEDs (ihe AlGaN eji eme ka mmiri dị ọcha na ịchọpụta mma mmiri).
Ọnọdụ Ụlọ Ọrụ na Echiche Ọdịnihu
SiC na-achịkwa ahịa ike dị elu, yana modulu ọkwa ụgbọala na-emepụta ihe dị ukwuu, ọ bụ ezie na ọnụ ahịa ka bụ ihe mgbochi.
GaN na-agbasa ngwa ngwa na ngwa eletrọniki ndị ahịa (ịchaji ngwa ngwa) na ngwa RF, na-agbanwe gaa na wafers 8-inch.
Ihe ndị na-apụta dịka gallium oxide (Ga₂O₃, bandgap 4.8eV) na diamond (5.5eV) nwere ike ịmepụta "ọgbọ nke anọ" nke semiconductors, na-akpali oke voltaji gafere 20kV.
Ịdị n'otu na Njikọta nke Ọgbọ Semiconductor
Nkwenye, Ọ bụghị Nnọchi:
Silicon ka bụ isi na ibe ezi uche na ngwa eletrọniki ndị ahịa (95% nke ahịa semiconductor zuru ụwa ọnụ).
GaAs na InP bụ ọkachamara n'ihe gbasara oke ọsọ na optoelectronic niches.
A naghị anabata SiC/GaN n'ihe gbasara ike na mmepụta ihe.
Ihe atụ nke njikọta teknụzụ:
GaN-on-Si: Na-ejikọta GaN na ihe ndị dị ọnụ ala maka silicon maka chaja ngwa ngwa na ngwa RF.
Modulu ngwakọ SiC-IGBT: Melite arụmọrụ ntụgharị grid.
Usoro Ọdịnihu:
Njikọta dị iche iche: Ijikọta ihe (dịka ọmụmaatụ, Si + GaN) n'otu mgbawa iji hazie arụmọrụ na ọnụ ahịa.
Ihe ndị dị oke ibu (dịka ọmụmaatụ, Ga₂O₃, diamond) nwere ike ime ka voltaji dị elu (>20kV) na ngwa kọmputa kwantum rụọ ọrụ.
Mmepụta metụtara ya
GaAs laser epitaxial wafer 4 inch 6 inch
SIC substrate silicon carbide 12 inch praịm ọkwa dayameta 300mm nnukwu nha 4H-N Dabara adaba maka mgbasa ọkụ ngwaọrụ ike dị elu
Oge ozi: Mee-07-2025