半導體行業這些年真的非常火,火到我要經常跟非同行朋友,親戚解釋和辟謠網上的各種小道消息。啥叫半導體,啥又叫第三代半導體。啥又叫芯片,啥又叫晶圓。我覺得可以再寫點東西,自己也總結一下了。
首先,第一個問題,什麼叫半導體?用一張圖來解釋(紅字标識):
物體是否導電,是一個相對的概念。而半導體也是指一段大概是10的-4~10次方的電阻率區間的物體。
其次,什麼因素決定了物體的導電能力。再用一張圖來解釋:
電子一般存大于價帶中,高能電子脫離價帶,達到導帶,使用這種材料具有導電的能力。對于導體,導帶上電子充足,所以可以導電。半導體在外加一定電壓的情況下,導帶上出現電子,也就具備了導電能力。
從單個原子的角度去理解能帶:
價帶:0K條件下能量最高的是價電子所填充的能帶,價帶頂部的能量記為EV 。
導帶: 0K條件下最低的沒有被電子填充的能帶通常稱為導帶,帶底的能量記為EC。
禁帶:導帶和價帶之間不存在電子的允許的能态,即為禁帶。
禁帶寬度:導帶和價帶之間的能量差通常記為禁帶寬度Eg=Ec-Ev。它反映了半導體原子最外層價電子脫離束縛變為自由電子所需要的能量,因此它的大小決定了半導體的導電性。這種可以被控制的導電特性是非常有用的。
那麼什麼的材料可以成為半導體?對于純淨的材料而言:
外圍電子N=4 的元素既易失去,又易得到電子,同别的原子以共價鍵化合,形成外圍8電子的穩定晶體結構,是最理解的材料。
同時,四族 四族,三族 五族也可以複合成穩定的晶體結構:
三代半導體SiC
三代半導體GaN
一代半導體:最早用的是鍺,後來又從鍺變成了矽,并且幾乎完全取代。原因在于:矽的産量相對較多,具備成本優勢。技術開發更加完善。但是,到了40納米以下,鍺的應用又出現了,因為鍺矽通道可以讓電子流速更快。現在用的鍺矽在特殊的通道材料裡會用到,将來會涉及到碳的應用。
二代半導體:為化合物半導體。主要用于制作高速、高頻、大功率以及發光電子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及發光器件的優良材料。4G時代的大部分通信設備的材料。
三代半導體:性能優勢就在于耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻射、導電性能更強、工作速度更快、工作損耗更低。5G時代的主要材料。因普遍為寬禁帶材料,三代半導體也叫寬禁帶半導體。
三代半導體在性能上都優于一二代,但由于制造成本,工藝難度,不同代的半導體目前沒有絕對的替代關系,各自有合适的領域。
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