文件名称：宽带隙半导体与硅集成电路到底谁比较优秀
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更新时间：2024-07-27 07:32:15
半导体集成电路
50多年前硅（Si）集成电路的发明意义重大，为我们当前所享受的现代计算机和电子产品时代铺平了道路。但是正如俗话所说，天下没有不散的筵席，现在存在疑问的是，硅在半导体行业的霸主地位将何时终结？据摩尔定律预测，一个芯片上集成的晶体管数量大约每两年翻一番。对于传统的硅计算来说，摩尔定律不可能无限期持续，主要因为封装如此大量晶体管而导致的散热问题，以及工艺持续缩放而带来泄漏问题。同样，在功率电子领域，为满足市场需求，使用硅的新器件年复一年地实现更大的功率密度和能效，已经越来越成为一个巨大的挑战。从本质上讲，芯片的演进已经接近其基础物理极限。 根据一些专家的说法，留给我们榨取硅潜能的时间只有不到十年了，到时将迎来其理论极限。在计算方面，仍采用了诸多努力，如纳米技术和三维芯片，来延长硅的摩尔定律周期，尽管目前已经有了后硅时代的其它选择：分子计算和量子计算。在功率半导体方面，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），两者都是宽带隙（WBG）半导体，已经成为进步有些放缓的高功高温硅细分市场的首选方案。以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）和氧化锌（ZnO）为代表的宽禁带半导体是继硅和砷化镓（GaAs）之后的第三代半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点，可实现高压、高温、高频、大功率、抗辐射微波毫米波器件和短波长光电半导体器件。宽禁带半导体是新一代雷达、通信、电子对抗系统最关键的半导体器件，也是新一代半导体照明关键的器件。因为具备比硅高出约10倍的传导和开关特性，WBG材料是功率电子的最佳选择，可以生成更小、更快、更高效的器件，相对于硅器件，这种WGB器件承受的电压和温度都更高。这些特性，连同更好的耐用性和更高的可靠性一起，促使WBG功率器件成为当前重要新兴应用的关键助燃剂，如混动汽车、电动汽车以及可再生能源发电和存储。WBG功率器件还可以提升现有应用表现，特别是在效率增益方面。Yole Developpment研究估计，采用SiC或者GaN取代硅可将DC-DC的转换效率从85%增加到95%;将AC到DC的转换效率从85%提高至90%;并将DC到AC转换效率从96%优化到99%。