Si ist das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial, aber es kann nicht durch den Engpass von hoher Temperatur, hoher Leistung und hoher Frequenz durchbrechen.Das binäre Halbleitermaterial GaAs / GaN / SiC hat die Eigenschaften der hohen Leistungsdichte, des geringen Energieverbrauchs, der hohen Temperaturbeständigkeit und der hohen Lichtausbeute. Es kann die Mängel von Siliziummaterialien ausgleichen und hat erhebliche Vorteile in den Anwendungsbereichen der Funkfrequenz, Leistungsgeräte, Optoelektronik und der nationalen Verteidigungs- und Militärindustrie.
In diesem Beitrag werden die technischen Vorteile von GaAs / GaN / SiC und seine Anwendung in 5g, neuen Energiefahrzeugen und anderen aufstrebenden Bereichen vorgestellt.
1. Verbundhalbleiter haben erhebliche Leistungsvorteile und dürften ein schnelles Eindringen herbeiführen
1.1 GaAs / GaN / SiC hat erhebliche Vorteile und unterschiedliche Anwendungsbereiche
Die gebräuchlichen Halbleitermaterialien sind in Elementhalbleiter und Mischhalbleiter unterteilt.Halbleiter ist ein Halbleitermaterial aus einem Element.Es gibt hauptsächlich Silizium, Germanium, Selen und so weiter.Der zusammengesetzte Halbleiter kann in binäre Systeme, ternäre Systeme, Mehrkomponentensysteme und organische Verbindungshalbleiter unterteilt werden.Halbleiter aus binären Verbindungen haben drei bis fünf Gruppen (wie Galliumarsenid, Galliumphosphid, Siliciumcarbid usw.).
Silizium (SI) ist das früheste und am häufigsten verwendete Halbleitermaterial.Germanium (GE) basierte Materialien wurden in den frühesten Halbleitertransistoren verwendet, aber sie wurden schrittweise durch Si ersetzt, da es keine Ge-Reserven und Schwierigkeiten bei der Reinigung gab.Silizium ist das am weitesten verbreitete Halbleitermaterial aufgrund seiner reichen Reserven, ausgereifter Technologie und geringen Kosten. Derzeit wird es in verschiedenen diskreten Geräten, integrierten Schaltungen, elektronischen Informationsnetzwerken und anderen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. Jedoch haben binäre Verbundhalbleiter-Materialien mehr Vorteile in Hochfrequenz, Hochtemperatur, Hochspannung, Optik und anderen Anwendungen.
Das binäre Halbleitermaterial GaAs / GaN / SiC hat die Eigenschaften hoher Leistungsdichte, niedriger Energieverbrauch, hoher Temperaturbeständigkeit und hoher Lichtausbeute. Es hat erhebliche Vorteile in den Einsatzgebieten der Funkfrequenz, der Leistungsgeräte, der Optoelektronik und der nationalen Verteidigungs- und Militärindustrie.
GaAs ist eines der wichtigsten und ausgereiften Halbleitermaterialien.Im Vergleich zu Si haben GaAs Materialien die Eigenschaften einer großen Bandlücke und einer hohen Elektronenmobilität, die die RF-Größe, den Stromverbrauch und die Kostenvorteile deutlich reduzieren kann.Im Vergleich zu den neuen binären Halbleitermaterialien wie Gan und SiC ist die GaAs-Technologie ausgereift und hat offensichtliche Kostenvorteile.GaAs wird häufig in RF und Optoelektronik eingesetzt.
Als Breitblechhalbleiter wird Gan vor allem in der Mikrowellenfrequenz, Leistungselektronik und Optoelektronik aufgrund seiner hohen Leistungsdichte, geringen Energieverbrauchs, hoher Frequenz und breiten Bandbreite eingesetzt.Microwave RF direction ist vor allem 5g Kommunikations- und Satellitenkommunikationsanwendungen; Leistungselektronik umfasst Verbrauchselektronik, schnelle Ladevorgänge, neue Energiefahrzeuge und andere Anwendungen; Optoelektronik ist hauptsächlich in LED und anderen Bereichen.Zur Zeit befindet sich die Gan-Technologie noch im Stadium der raschen Entwicklung, und die Kosten sind relativ hoch.
Aufgrund seiner hohen Trägermobilität, der hohen Stromdichte, der hohen Temperaturbeständigkeit und der hohen Spannungsbeständigkeit wird SiC häufig als Leistungsgeräte eingesetzt.SiC hat Vorteile im Hochspannungsfeld mit Spannung von 600V und darüber.Ähnlich wie Gan befindet sich die SiC-Technologie auch in einem rasanten Entwicklungsstadium mit relativ hohen Kosten.
Die Anwendungsfelder von GaAs / GaN / SiC sind unterschiedlich.GaAs ist das am häufigsten verwendete RF-Material, das weit verbreitet in Funkfrequenzen, drahtloser Kommunikation und speziellen Anwendungen verwendet wird.Die Betriebsfrequenz der GaAs-Anwendungen liegt hauptsächlich innerhalb von 8GHz, der für Geräte mit geringer und mittlerer Leistung, wie z.B. Mikro-Basisstation und Mobilfunk-RF-Materialien, geeignet ist.Darüber hinaus kann Gan als schnelles Ladematerial die Größe des Ladegeräts deutlich reduzieren und den Stromverbrauch reduzieren. GaN hat derzeit ein schnelles Eindringen in das schnelle Laden von Mobiltelefonen.SiC ist ein ideales Material für Leistungsgeräte, insbesondere im Bereich der Hochspannungsbeständigkeit (> 600V), mit signifikanten Leistungsvorteilen, die weit verbreitet in neuen Energiefahrzeugen, Leistungsgeräten und anderen Bereichen eingesetzt werden.
1.2 Technologie Reife & Kostensenkung, SiC /GaN wird voraussichtlich die Penetration beschleunigen
Die SiC / GaN-Technologie wurde stetig verbessert, und die Versorgung mit Produkten wurde rasch gesteigert.Im Hinblick auf Substrat und Epitaxie wurden 6-Zoll-SiC-Produkte massenhaft produziert, und die Forschung und Entwicklung von 8-Zoll-Substrat ist abgeschlossen; 4-Zoll-und 6-Zoll SiC-basiertes Gan-Material koexistieren, und die Mainstream-Größe von Si-basiertem Gan Epitaxy ist 6-Zoll. In der Zukunft sind 6-Zoll SiC Gan und 8-Zoll Si-basiertes Gan die wichtigsten Entwicklungstrends.
Laut Casa-Bericht wurden die von verschiedenen Herstellern im 2019 verkauften SiC / GaN-Produkte um 60% im Vergleich zu den in 2017 erhöht und 321-neue Produkte nur in 2019 hinzugefügt.Die elektronischen Geräte von SiC Power decken die meisten Anwendungsanforderungen ab, die Markteinführung neuer Leistungsmodule wurde beschleunigt, und die Anzahl der in 2019 lancierten neuen Module ist mehr als die Hälfte der Gesamtzahl der neuen Produkte. Die Leistung von Gan-Leistungsgeräten wurde schrittweise verbessert, und die Versorgung mit RF-Geräten hat zugenommen.
Die Preise für SiC-Geräte/GaN sinken weiter.Im Allgemeinen sind die Kosten von SiC / GaN-Geräten immer noch weit höher als die von Si-Produkten. Allerdings, mit dem Fortschritt der Technologie, der Verbesserung der Produktertrag und der Verbesserung der Skaleneffekte, der Preis von SiC / GaN-Geräten weiterhin rückläufig.Im Hinblick auf die Energieprodukte nehmen Sie 650V SiC MOSFET als Beispiel, sein Produktpreis fiel von 3.44 yuan / A in der Mitte von 2018 bis 2.24 yuan / a am Ende von 2019.In Bezug auf RF-Produkte ist die jüngste Preissenkung von RF GaN HEMT noch wichtiger, und der Durchschnittspreis am Ende des 2019 ist fast 23% niedriger als der in 2018.
Aufgrund der Reife von SiC /GaN-Geräten und der Kostensenkung wird von SiC / GaN-Geräten erwartet, dass sie das Eindringen beschleunigen.Durch die Verbesserung der Leistung von SiC /GaN-Leistungsprodukten wird davon ausgegangen, dass sie in neuen Energiefahrzeugen, Schnellaufladung und anderen Märkten weit verbreitet eingesetzt wird. Laut Yole-Vorhersage wird die Marktgröße von SiC und Gan Power-elektronischen Geräten auf 1.4 Milliarden US-Dollar bzw. 370 Millionen US-Dollar in 2023 steigen, und die Marktdurchdringungsrate wird 3.75% bzw. 1% erreichen.Gan RF