硬件百科全书:半导体材料有哪些?


时间:2021-06-02  来源:  作者:  点击次数:


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近年来,整个集成电路行业陷入瓶颈,处理器工艺难以提升,摩尔定律似乎已经走下坡路。半导体行业一直想找到一种可以替代硅(Si)的半导体材料,但是尝试了各种方法后发现硅(Si)是很好的赚钱材料。

虽然硅(Si)目前在IC芯片制造中无法替代,但是经过这么多年的发展,每一种成熟的半导体材料都可以自行带动一个行业的发展,那么目前行业中有哪些半导体材料呢?

  第一代半导体:

业界对半导体材料进行了分类,前面提到的硅(Si)和锗(Ge)是第一代半导体材料。

硅(Si):前面提到的Si是目前应用最广泛的半导体材料,集成电路基本都是由Si制成。硅(Si)之所以广为人知,是因为它是CPU的材料。Intel和AMD的处理器都是基于Si构建的。当然,除了CPU,GPU核心和闪存也是Si的天下。

锗:锗是早期晶体管的材料。可以说是硅(si)出现之后锗(ge)才衰落,只是锗(Ge)没有完全被硅(si)取代。作为一种重要的半导体材料,ge在光纤、太阳能电池等一些通道中仍然很活跃。

第一代半导体材料在技术开发和成本控制方面都是最成熟的。所以,即使第二代、第三代半导体材料在某些特性上完全超越硅(Si),也没有办法在商业上取代硅(Si)的价值,不能带来硅(Si)这样高的利润才是关键。

  第二代半导体:

第二代半导体材料本质上不同于第一代半导体。第一代半导体的硅(Si)和锗(Ge)属于单一物质半导体,由单一物质组成。第二代属于化合物半导体材料,由两种或两种以上元素合成,具有半导体特性。GaAs和磷化铟是常见的第二代半导体。

砷化镓(GaAs):砷化镓(GaAs)是第二代半导体材料的标志性产品之一,GaAs参与了我们经常听说的LED。

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  砷化镓(GaAs)

  磷化铟   (InP):磷化铟   (InP)由金属铟和赤磷在石英管中加热反应制作,特点是耐高温、高频率和高速率,因此在通讯行业被广泛应用,用于制作通信器件。

  第二代半导体可以说是4G时代的基盘,很多4G设备使用的材料都是基于第二代半导体材料打造。

  第三代半导体:

  第三代半导体同样属于化合物半导体材料,特点是高禁带宽度、高功率和高频以及高电压等,代表产品是,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

  碳化硅(SiC):碳化硅(SiC)的特性有耐高温、耐高压,非常适合是做功率器件开关,如很多主板上高端MOSFET就是由碳化硅(SiC)制作的。

  MOSFET

  氮化镓(GaN):氮化镓(GaN)碳化硅(SiC)一样都是高禁带宽度半导体,特性是能耗低、适合高频率,适合打造5G基站,唯一的缺点就是技术成本过高,很难在商用领域看到。

  目前国内比较流行推广第三代半导体的发展,原因是国内外起点差距小,还有竞争的机会。

  注意事项:

  虽然这些半导体材料被认为划分到为第一代、第二代,听起来也像是迭代的产品,但其实这些第一代、第二代、第三代半导体材料并不是替代关系,它们的特性不同,应用的场景也不一样,一二三代只是行业一种区分标识,只是根据材料进行了划分,有些场景化甚至会同时应用在一起。


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