氮化镓(GaN)是一种非常坚硬且在机械方面非常稳定的宽带隙半导体材料。由于具有更高的击穿强度、更快的开关、更高的热导率和更低的导通电阻,氮化镓基功率器件明显比硅基器件更优越。氮化镓晶体可以在各种衬底上生长,包括蓝宝石、碳化硅(SiC)和硅(Si)。在硅上生长GaN外延层可以使用现有的硅制造基础设施,从而无需使用成本很高的特定生产设施,而且可采用低成本、大直径的硅晶片。
氮化镓材料用于制造半导体功率器件,也可以用于制造射频元件和发光二极管(LED)。氮化镓技术展示出它可以在功率转换、射频及模拟应用中,替代硅基半导体技术。
把电子性能提升至另一个更高的水平及使得摩尔定律复活的领先侯选原材料,就是氮化镓材料。目前已经被证实,与硅基器件相比,氮化镓器件传导电子的效率可以高出1000倍,而同时比硅器件的制造成本较低。硅器件的技术发展已经到了极限,而一种新兴并具有较高性能的半导体材料正在冒起–它就是氮化镓半导体。
氮化镓半导体如何工作?
氮化镓(GaN)是一种宽带隙半导体,用于高效功率晶体管和集成电路。在GaN晶体的顶部生长氮化铝镓(AlGaN)薄层并在界面施加应力,从而产生二维电子气(2DEG)。2DEG用于在电场作用下,高效地传导电子。2DEG具有高导电性,部分原因是由于电子被困在界面处的非常细小的区域,从而将电子的迁移率从未施加应力前约1000平方厘米/V·s,增加到2DEG区域中的1500至2000平方厘米/V·s。与硅基解决方案相比,氮化镓晶体管及集成电路具有的高电子迁移率,可实现更高的击穿强度、更快的开关、更高的导热率和更低的导通电阻。