半導體“黑科技”：氮化鎵（GaN）是何物？

氮化鎵（GaN）被譽(yù)為是繼第一代 Ge、Si 半導體材料、第二代 GaAs、InP 化合物半導體材料之后的第三代半導體材料，今天金譽(yù)半導體帶大家來(lái)簡(jiǎn)單了解一下，這個(gè)材料有什么厲害的地方。

研發(fā)背景

氮化鎵（GaN）是一種人造材料，于1928年被人工合成，自然形成氮化鎵（GaN）的條件極為苛刻，需要2000多度的高溫和近萬(wàn)個(gè)大氣壓的條件才能用金屬鎵和氮氣合成為氮化鎵（GaN），在自然界是不可能實(shí)現的。后面通過(guò)70年的技術(shù)改進(jìn)，于90年代開(kāi)始被廣泛應用于發(fā)光二極管上，研發(fā)之初是用于制造出顏色從紅色到紫外線(xiàn)的發(fā)光二極管。

認識氮化鎵（GaN）

氮化鎵（GaN）是一種無(wú)機物，化學(xué)式GaN，是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙（direct bandgap）的半導體。此化合物結構類(lèi)似纖鋅礦，硬度很高。GaN是極穩定的化合物，又是堅硬的高熔點(diǎn)材料，熔點(diǎn)約為1700℃。

物理外觀(guān)上氮化鎵（GaN）一般為黃色粉末，類(lèi)鉛鋅礦晶體，摩爾質(zhì)量為 83.73 g/mol g · mol ? 1，熔點(diǎn)在 2500 ° C 以上，密度為 6.15 g/cm3。遇水能產(chǎn)生化學(xué)反應，且不可燃。

后來(lái)在應用過(guò)程發(fā)現：氮化鎵（GaN）晶體可以在各種襯底上生長(cháng)，包括藍寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生長(cháng) GaN 外延層可以使用現有的硅制造基礎設施，從而無(wú)需使用成本很高的特定生產(chǎn)設施，而且可采用低成本、大直徑的硅晶片。

應用范圍

氮化鎵的應用范圍十分廣闊，目前被廣泛用于軍工電子、通訊、功率器件、集成電路、光電子等領(lǐng)域中。而且氮化鎵（GaN）作為一種寬禁帶化合物半導體材料，具備禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、開(kāi)關(guān)頻率高，以及抗輻射能力強等優(yōu)勢。

其中，開(kāi)關(guān)頻率高意味著(zhù)應用電路可以采用尺寸更小的無(wú)源器件；擊穿電壓高則意味著(zhù)電壓耐受能力比傳統硅材料高，不會(huì )影響導通電阻性能，因此能夠降低導通損耗。種種優(yōu)勢加持下，氮化鎵成為了更好支持電子產(chǎn)品輕量化的關(guān)鍵材料，是目前最具發(fā)展前景的材料。

氮化鎵（GaN）在大功率、高溫、高頻、抗輻射的微電子領(lǐng)域，以及短波長(cháng)光電子領(lǐng)域，有明顯優(yōu)于硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等第一代和第二代半導體材料的性能。它們具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優(yōu)越性能，貼合節能減排、智能制造、信息安全等國家重大戰略需求，是支撐新一代移動(dòng)通信、新能源汽車(chē)、高速軌道列車(chē)、能源互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng )新發(fā)展和轉型升級的重點(diǎn)核心材料和電子元器件，已成為全球半導體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)競爭焦點(diǎn)。

第三代半導體材料五高特性

每一次新材料的發(fā)明和應用，都是對行業(yè)的沖擊，沖擊中既有挑戰，也蘊藏著(zhù)機遇。把握好新材料的應用對于廠(chǎng)商、行業(yè)、甚至國家都有巨大的發(fā)展意義。氮化鎵的發(fā)展與現狀就生動(dòng)的詮釋了這一點(diǎn)——如今，屬于氮化鎵的賽道已開(kāi)啟，前路還長(cháng)，讓我們拭目以待！