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氮化镓半导体的物理特性

时间:2021-09-15 11:26:06

  氮化镓(GaN)是一种氮和镓的无机化合物,是近年来第三代半导体的核心材料,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料。与硅器件相比,GaN在电源转换效率和功率密度上实现了性能的飞跃,广泛应用于功率因数校正(PFC)、软开关 DC-DC等电源系统设计,以及电源适配器、光伏逆变器或太阳能逆变器、服务器及通信电源等终端领域。
  图一是GaN与Si、SiC的物理特性参数对比:

特性(单位)

GaN

Si

SiC

带隙(eV)

3.49

1.1

3.26

电子迁移率(cm2/Vs)

2000

1500

700

电子峰值速度(×107cm/s)

2.1

1.0

2.0

临界电场(MV/cm)

3.0

0.3

3.0

热导率(W/cm∙K)

>1.5

1.5

4.5

相对介电常数

9.0

11.8

10.0

  可以看出,GaN是宽禁带半导体,热导率高,则工作温度高,击穿电压高,抗辐射能力强。电子迁移率较高,介电常数较小,它在光电子器件、高温、高频大功率电子等微电子器件领域有广阔的应用前景。
  不过因为GaN是宽禁带半导体,极性太大,则较难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触,这是GaN器件制造中的一个难题。现在比较好的一种解决办法就是采用异质结,首先让禁带宽度逐渐过渡到较小一些,然后再采用高掺杂来实现欧姆接触,但这种工艺较复杂。