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      氧化镓是一种新型半导体晶体材料

      2022-03-15 11:47:22

      氧化镓单晶材料,是继Si、SiC及GaN后的第四代宽禁带半导体材料,以β-Ga2O3单晶为基础材料的功率器件具有更高的击穿电压与更低的导通电阻,从而拥有更低的导通损耗和更高的功率转换效率,在功率电子器件方面具有极大的应用潜力。

      氧化镓是一种来自日本的新型半导体晶体材料,可以廉价地生产高质量、大型单晶基板,有望成为下一代功率器件材料,其潜力超过氮化镓和碳化硅;氧化镓由于低成本及与GaN的低失配的特性,可用于GaN材料的外延衬底,Ga2O3具有4.9eV的极宽带隙,超过了SiC和GaN显示的3.3eV,此特性使其制作的器件比由禁带较窄材料组成的器件更薄、更轻,并且能应对更高的功率,宽禁带允许在更高的温度下操作,从而减少对庞大的冷却器件系统的需求,这种差异使Ga2O3能够承受比硅、SiC和GaN更大的电场,而不会被击穿。

      氧化镓

      此外,Ga2O3能在更短的距离上处理相同量的电压,这使得生产更小、更高效的大功率晶体管变得非常有价值。Ga2O3看起来非常适用于电动汽车充电的配电系统,或者将电力从风力涡轮机等替代能源输送到电网的转换器。Ga2O3的优势还有作为金属氧化物半导体场效应晶体管(更为人所知的MOSFETS)的潜力。

      传统上,这些微小的电子开关是由硅制成的,用于笔记本电脑、智能手机和其他电子产品。对于像电动汽车充电站这样的系统,我们需要能在比硅基器件更高的功率水平下工作的MOSFETS,而这正是Ga2O3可能成为解决方案的地方。在微电子器件中,带隙是决定材料电导率的主要因素,带隙宽的物质通常是不导电的绝缘体,带隙窄的物质是半导体。

      功率半导体材料的特性:

      器件功能是由器件材料属性、结构共同决定的,器件的材料属性是决定器件功能优劣的关键,直接谈器件材料属性大家可能会觉得空洞不知所以,所以作者先介绍功率半导体的功能,以此引出实现此功能何种属性能较好的被使用。功率半导体器件应用需要考虑大功率电路应用的特性,如绝缘、大电流能力等,在实际应用中,以动态的“开”和“关”为运行特征,一般不运行在放大状态。

      由功率半导体器件构成的电力电子变换器实施的是电磁能量转换,而不是单纯的开/关状态,它的非理想应用特性在电力电子变换器中起着举足轻重的作用。要用好功率半导体器件,既要熟悉电力电子变换器的拓扑,更要充分掌握器件本身的特性,第 一、二、三、四代半导体都有可以作为功率半导体的材料,但是不同的材料属性直接决定着器件的性能、价格、体积等等。

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