第三代半導體材料有哪些

　　第三代半導體材料: 氨化家、碳化硅、氧化鋅、氧化鋁和金剛石。

　　從半導體材料的三項重要參數看，第三代半導體材料在電子遷移率、飽和漂移速率、禁帶寬度三項指標上均有著優異的表現。

　　半導體行業中有“一代材料、一代技術、?一代產業”的說法。

　　與一些人對“工業王冠上的鉆石”生產制造上的斷言相似，在芯片制造中，材料若缺席，技術充其量就是一紙PPT，無法落地為產品。

　　隨著以碳化硅、氮化鎵等寬禁帶化合物為代表的第三代半導體應用技術的進步，5G、毫米波通訊、新能源汽車、光伏發電、航空航天等戰略新興產業的關鍵核心器件的性能將獲得質的提升。

　　以氮化鎵材料切入電源管理應用為標志，第三代半導體的“超級風口”已呼嘯而至。

　　《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》已將推動“碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體發展”寫入了“科技前沿領域攻關”部分。

　　與第一二代半導體材料相比，第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬禁帶半導體材料(禁帶寬度大于2.2eV)，亦被稱為高溫半導體材料。從目前第三代半導體材料和器件的研究來看，較為成熟的是SiC和GaN半導體材料，而氧化鋅、金剛石、氨化鋁等材料的研究尚屬起步階段。碳化硅(SiC)和氨化家(GaN)并稱為第三代半導體材料的雙雄。

　　第三代半導體材料是具有寬禁帶寬度（Eg≥2.3eV）的材料，它們通常具有高擊穿電場、高熱導率、高電子飽和率和更高的抗輻射性，這就是為什么它們被用于制造高溫、高頻、抗輻射和大功率器件的原因，典型的材料是碳化硅 (SiC)、氮化鎵 (GaN)、氮化鋁 (AlN) 和氧化鋅 (ZnO)。

　　1.碳化硅單晶半導體

　　碳化硅的技術成熟度是寬帶隙半導體材料領域中最高的，是寬帶隙半導體的核心，碳化硅是一種具有寬帶隙（例如：3.2 eV）、高擊穿電場（4 x 106 V/cm）和高熱導率（4.9 W/cm.k）的半導體化合物。

　　2.氮化鎵半導體

　　GaN材料是合成的III-V族化合物半導體材料，GaN材料具有良好的電學性能、寬帶隙（3.39eV）、高擊穿電壓（3×106V/cm）、高電子遷移率（室溫1000cm2/V·s）、高異質結電荷密度（1×1013cm- 2）等，因此，它被認為是研究短波長光電器件和高溫高頻大功率器件的首選材料。

　　與硅、砷化鎵、鍺甚至碳化硅器件相比，GaN 器件可以在更高的頻率、更高的功率和更高的溫度下工作。此外GaN 器件可用于 1 至 110 GHz 的高頻范圍，涵蓋移動通信、無線網絡、點對點和點對多點微波通信以及雷達應用。

　　近年來以GaN為代表的III族氮化物因其在光電子和微波器件領域的應用前景而受到廣泛關注，GaN作為一種具有獨特光電特性的半導體材料，其應用可分為兩部分：GaN半導體材料可替代部分硅等化合物半導體材料，在高溫高頻、大功率工作條件下具有優異的性能；利用具有寬帶隙和藍光激發的 GaN 半導體材料的獨特特性，開發新的光電應用。

　　3.氮化鋁半導體

　　氮化鋁是III族氮化物，直接帶隙為0.7～3.4 eV，可廣泛應用于光電子領域，與砷化鎵等材料相比，它覆蓋的光譜帶寬更大，因此特別適用于從深紫外到藍光的應用。更重要的是，III族氮化物具有良好的化學穩定性、優異的導熱性、高擊穿電壓和低電常數，使其能夠在更高頻率、更高功率、更高溫度和惡劣環境下工作。因此，氮化鋁是一種很有前途的半導體材料。

氮化鋁結構

　　4.氧化鋅半導體

　　氧化鋅既是一種寬帶隙半導體，又是一種具有優異光電和壓電性能的多功能晶體，適用于藍光、紫外光、探測器等高效光電器件的制造，還可用于制造氣敏器件、表面聲波器件、透明大功率電子器件、發光顯示器和太陽能電池的窗口材料以及壓敏電阻和壓電轉換。