Prečo potrebujeme zložené polovodiče?

Hoci sú kremíková technológia a priemyselný reťazec zrelý a náklady na výrobu čipov sú nízke, fyzikálne vlastnosti materiálu obmedzujú jeho aplikáciu v optoelektronike, vysokofrekvenčných a vysokorýchlostných zariadeniach a vysokorýchlostných zariadeniach. Tri generácie polovodičových materiálov majú rôzne charakteristiky, ktoré tiež určujú ich vlastné výhody a sú vhodné pre rôzne scenáre aplikácie.

Prvá generácia polovodičov zahŕňa kremík a germánium, ktoré majú úzke nepriame medzery v pásme a nízku nasýtenú elektrónovú mobilitu. Používajú sa hlavne v nízkorozpočtových, nízkofrekvenčných (približne 3 GHz), stredných a nízkych (približne 100 W) tranzistoroch a detektoroch. V súčasnosti sú hlavnými výrobnými materiálmi pre polovodičové zariadenia a integrované obvody; Vzhľadom na zrelý priemyselný reťazec a nízke náklady je miera penetrácie takmer 95%.

Druhá generácia polovodičov zahŕňa arzenid gallium, fosfidu india atď., Ktoré sú priamymi medzerami v pásme a majú vyššiu mobilitu elektrónov. Všeobecne sa používajú v satelitných komunikáciách, mobilných komunikáciách a navigačných poliach GPS s silou asi 100 W a frekvenciou asi 100 GHz. Zdroje arzenidu Gallium sú však relatívne vzácne a drahé a materiál je toxický a má väčší vplyv na životné prostredie. Miera penetrácie je takmer 1%.

Tretia generácia polovodičov zahŕňa karbid kremíka, nitrid gália atď., Ktoré majú výhody veľkého pásma, vysokého rozkladného elektrického poľa, vysokej tepelnej vodivosti, rýchlej rýchlosti saturácie elektrónov a silného odporu žiarenia. Môžu spĺňať požiadavky technológie výkonovej elektroniky pre vysokú teplotu, vysoký výkon, vysoké napätie, vysoký frekvenčný a žiarivý odpor a jej prienik je takmer 5%.

V skutočnosti, keďže Mooreov zákon, v ktorom dominujú kremíkové polovodičové materiály, sa postupne priblíži k svojmu fyzickému limitu, zložené polovodiče s vysokou mobilitou elektrónov, vysokou kritickou silou poľa, vysokou tepelnou vodivosťou, priamou energetickou medzerou a širokým energetickým pásmom sa začali zvyšovať a očakáva sa, že sa stanú jedným zo spôsobov, ako prekonať Mooreove právo.

S rastúcou popularitou a rozsiahlou aplikáciou zložených polovodičových zariadení sa predložili nové požiadavky na balenie zložených polovodičových zariadení a modulov v dôsledku aplikácií, ako sú nízka strata, nízka indukčnosť, vysoká hustota energie, vysoký tepelný rozptyl, výkonnosť vysokej integrácie, a viacúčelové konania, ktoré sú v súlade Vyššie uvedené požiadavky pri zlepšovaní spoľahlivosti produktu.