半导体制造技术导论第三版(第三代半导体材料特性对比)

随着对大功率、散热、抗干扰器件的要求越来越高，以GaN为代表的第三代半导体材料登上了舞台，它们共同的特点即是禁带宽度大，抗辐照能力强，热稳定性好、化学稳定性好，加上良好的散热性，使得第三代半导体在大功率及特殊环境下的应用前景十分广阔。

?

一、GaN材料概论

目前，半导体材料主要分为三代，第一代半导体材料主要以Si、Ge半导体材料为主，Ge半导体材料由于的高温和抗辐射性能较差，第二代半导体材料主要是指化合物半导体，如GaAs、InSb为代表的二元化合物半导体，以GaAs为代表的第二代半导体主要用于制作高性能的毫米波、微波或光电子器件。第三代半导体主要指的是以GaN，SiC，InN化合物为代表的宽禁带材料，相比于第二代半导体，其具有高电子迁移率，高电子浓度，耐高温，抗辐射等优点，更适宜于制作高温、高频以及大功率器件，目前，实验测得GaN材料的结构主要有以下三种，分别是纤锌矿结构、闪锌矿结构以及盐矿结构，在常温常压下，GaN主要以闪锌矿和纤锌矿的结构存在。

?

二、GaN器件发展情况介绍

由于第三代GaN材料本身具有以上的优势特性，使得GaNHEMT成为了GaN材料除光电器件外的另一个重要的发展方向，其在射频电子器件和功率电子器件方面的产值也在不断增加。目前，Si和基于GaAs的HEMTs、HBTs占领着该领域大部分的市场，它们工艺更加成熟，因此更为人们所熟知。不过，在高频大功率应用中，GaAs有2个主要的缺点，即临界电场小、热导率低。

?

GaAs衬底比Si价格昂贵许多，并且生长更难控制，热导率表现不好，相比之下，GaN在Si衬底上生长已经实现，而且GaN的临界电场比GaAs几乎要大一倍，将能在更大电压下工作。SiC衬底非常昂贵，尺寸还做不大，并且包含微观缺陷，影响了器件的产量。

由于它的工作频率、击穿电压和功率密度的局限性，其发展受到限制，实际上，我们希望所制造出的器件具有以下的优点：具有高的输出阻抗，即要求缓冲层漏电要小；要有高的击穿电压；跨导要高，而且应与栅压保持较好的线性关系，即栅控制能力要强；欧姆接触电阻要小，不应大于沟道电阻；夹断特性要好，关态电流越小越好，至少要比开态电流小3个数量级；截止频率要高，要在较大的电压、电流范围内不会退化；器件还应具有良好的散热能力，因此，AlGaN/GaNHEMT有着独特的优势。

三、结语

随着以GaN材料为代表的第三代半导体的深入研究，其应用范围越来越广泛，我国第三代半导体材料的研究起步较晚，相对国外先进国家技术水平仍处于较低水平，应当着力发展。