半导体的过去和现在 - 从锗到硅
半导体的历史可以追溯到1950年左右点接触式晶体管的引入。锗是当时半导体产品的主要材料，但在后来，具有优越特性的硅取代了锗，并且一直被广泛使用，直到今天。
随着半导体制造设备的精度提高以及器件结构和晶圆工艺的优化，硅半导体产品随着时间的推移而发展。这大大有助于我们日常生活中电子产品的小型化和先进性。
另一方面，特别是在功率半导体领域，使用物理性能值大大超过硅基半导体的化合物半导体的元件开发和实际应用取得了进展。
SiC 和 GaN：复合功率半导体的损耗低于 Si
从上述背景来看，SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等材料最近越来越受到关注。
硅是一种单一的化学物质;相比之下，SiC是碳与硅的化合物，而GaN是镓与氮的化合物。因此，使用这些化合物生产的半导体被称为“化合物半导体”，
此外，SiC和GaN提供的带隙比硅更宽（Si：1.1 eV，SiC：3.3 eV，GaN：3.4 eV），因此它们也被称为“宽带隙半导体”。
宽带隙半导体的特点是介电击穿场强高，因此允许击穿电压与硅相同，耐压层比硅薄得多。
由于对成为引领子孙后代角色的寄予厚望，这些半导体有时也被称为“下一代功率半导体”。
碳化硅和氮化镓：它们的物理特性非常出色
与硅相比，SiC和GaN（不仅是宽带隙半导体，而且是材料本身）在品质因数（εμeEc3）中显示出其出色的性能水平：SiC高出440倍，GaN高出1130倍。
为了充分利用这些材料，目前正在进一步开发外围技术。用基于SiC或GaN的化合物半导体取代传统的硅基半导体将使电子设备更加紧凑和高效。
近年来，半导体材料中使用的SiC晶圆衬底质量的提高导致使用直径更大的晶圆。因此，高电流和低成本的设备已经引入，并开始在许多设备中采用。
但是，GaN晶圆衬底仍然昂贵，因此通常采用具有形成GaN活性层的水平结构的低成本硅晶圆衬底。这使得制造高电流产品变得困难;然而，GaN已被用于越来越多的应用，这些应用需要通过工艺小型化实现极快的开关操作。
硅器件可能被 SiC/GaN 器件取代的应用范围
SiC器件在电机驱动和其他高压/大电流应用中具有优势
SiC是一种用碳代替一半硅的化合物。碳和硅紧密结合，其晶体结构比单晶硅更稳定。因此，SiC具有很高的介电击穿场强，从而使活性层非常薄。这使得器件具有比传统硅器件更高的击穿电压和更低的损耗。
SiC器件在高电流和高耐压领域越来越受欢迎，作为硅IGBT的替代品。
具体而言，它们预计将扩展到10 kW或更大的区域，在制造更小，更轻的系统方面具有很大的优势，包括用于发电系统的功率调节器，用于电动家庭的HEMS和电动汽车（EV）。
GaN器件在开关电源和其他紧凑型/高频应用中具有优势
与SiC相比，GaN具有更稳定的键结构和更高的介电击穿场强度。
目前，GaN器件通常由在硅衬底上形成的GaN活性层组成。因此，GaN器件的击穿电压不能像SiC器件那样高，但它们仍然适用于高频应用。在开关电源方面，通过让它们以高频开关，可以缩小电感器和其他外围元件的尺寸。
GaN器件有望应用于1 kW或更低的电源，在对紧凑型设计要求很高的领域。
例如，GaN器件预计将被用作第5代移动通信系统（5G）基站的电源，预计未来几年将扩大基站的市场。
USB供电（USB-PD）标准的建立还允许充电器通过USB电缆接收和供应高达100 W的功率。因此，越来越多的充电器（用于智能手机，笔记本电脑等）已经标准化。
紧凑型智能手机充电器是长期以来的首选产品，因此人们一直需要提供能够快速充电的充电器，并且可以支持笔记本电脑等中型电子设备，而无需改变其当前尺寸。然后，GaN器件将以最佳方式实现这种需求，并可能在未来加速其扩展到许多应用中。
