第三代半导体材料有哪些

　　第三代半导体材料: 氨化家、碳化硅、氧化锌、氧化铝和金刚石。

　　从半导体材料的三项重要参数看，第三代半导体材料在电子迁移率、饱和漂移速率、禁带宽度三项指标上均有着优异的表现。

　　半导体行业中有“一代材料、一代技术、 一代产业”的说法。

　　与一些人对“工业王冠上的钻石”生产制造上的断言相似，在芯片制造中，材料若缺席，技术充其量就是一纸PPT，无法落地为产品。

　　随着以碳化硅、氮化镓等宽禁带化合物为代表的第三代半导体应用技术的进步，5G、毫米波通讯、新能源汽车、光伏发电、航空航天等战略新兴产业的关键核心器件的性能将获得质的提升。

　　以氮化镓材料切入电源管理应用为标志，第三代半导体的“超级风口”已呼啸而至。

　　《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》已将推动“碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展”写入了“科技前沿领域攻关”部分。

　　与第一二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2eV)，亦被称为高温半导体材料。从目前第三代半导体材料和器件的研究来看，较为成熟的是SiC和GaN半导体材料，而氧化锌、金刚石、氨化铝等材料的研究尚属起步阶段。碳化硅(SiC)和氨化家(GaN)并称为第三代半导体材料的双雄。

　　第三代半导体材料是具有宽禁带宽度（Eg≥2.3eV）的材料，它们通常具有高击穿电场、高热导率、高电子饱和率和更高的抗辐射性，这就是为什么它们被用于制造高温、高频、抗辐射和大功率器件的原因，典型的材料是碳化硅 (SiC)、氮化镓 (GaN)、氮化铝 (AlN) 和氧化锌 (ZnO)。

　　1.碳化硅单晶半导体

　　碳化硅的技术成熟度是宽带隙半导体材料领域中最高的，是宽带隙半导体的核心，碳化硅是一种具有宽带隙（例如：3.2 eV）、高击穿电场（4 x 106 V/cm）和高热导率（4.9 W/cm.k）的半导体化合物。

　　2.氮化镓半导体

　　GaN材料是合成的III-V族化合物半导体材料，GaN材料具有良好的电学性能、宽带隙（3.39eV）、高击穿电压（3×106V/cm）、高电子迁移率（室温1000cm2/V·s）、高异质结电荷密度（1×1013cm- 2）等，因此，它被认为是研究短波长光电器件和高温高频大功率器件的首选材料。

　　与硅、砷化镓、锗甚至碳化硅器件相比，GaN 器件可以在更高的频率、更高的功率和更高的温度下工作。此外GaN 器件可用于 1 至 110 GHz 的高频范围，涵盖移动通信、无线网络、点对点和点对多点微波通信以及雷达应用。

　　近年来以GaN为代表的III族氮化物因其在光电子和微波器件领域的应用前景而受到广泛关注，GaN作为一种具有独特光电特性的半导体材料，其应用可分为两部分：GaN半导体材料可替代部分硅等化合物半导体材料，在高温高频、大功率工作条件下具有优异的性能；利用具有宽带隙和蓝光激发的 GaN 半导体材料的独特特性，开发新的光电应用。

　　3.氮化铝半导体

　　氮化铝是III族氮化物，直接带隙为0.7～3.4 eV，可广泛应用于光电子领域，与砷化镓等材料相比，它覆盖的光谱带宽更大，因此特别适用于从深紫外到蓝光的应用。更重要的是，III族氮化物具有良好的化学稳定性、优异的导热性、高击穿电压和低电常数，使其能够在更高频率、更高功率、更高温度和恶劣环境下工作。因此，氮化铝是一种很有前途的半导体材料。

氮化铝结构

　　4.氧化锌半导体

　　氧化锌既是一种宽带隙半导体，又是一种具有优异光电和压电性能的多功能晶体，适用于蓝光、紫外光、探测器等高效光电器件的制造，还可用于制造气敏器件、表面声波器件、透明大功率电子器件、发光显示器和太阳能电池的窗口材料以及压敏电阻和压电转换。