第一、二、三代半导体的演变不仅推动了半导体技术的不断进步和发展,还为各个领域的科技进步和创新提供了有力支撑。随着科研的不断深入和技术的不断创新,未来半导体材料和技术将继续向着更高性能、更广泛应用的方向发展。
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一、材料
1.第一代半导体:发明并实用于20世纪50年代,主要以硅(Si)和锗(Ge)为代表。硅是构成逻辑器件的基础,CPU、GPU的算力都离不开硅的贡献。
2.第二代半导体:发明并实用于20世纪80年代,主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等。
3.第三代半导体:发明并实用于本世纪初,主要包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石(C)、氮化铝(AlN)等具有宽禁带(Eg>2.3eV)特性的新兴半导体材料。
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二、带隙
1.第一代半导体:属于间接带隙,窄带隙。
2.第二代半导体:直接带隙,但仍然是窄带隙。
3.第三代半导体:宽禁带,全组分直接带隙。更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关频率下运行。
三、应用
1.第一代半导体:主要用于分立器件和芯片制造。
2.第二代半导体:主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,也是制作高性能微波、毫米波器件的优良材料。广泛应用于微波通信、光通信、卫星通信、光电器件、激光器和卫星导航等领域。
3.第三代半导体:广泛用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件。应用于半导体照明、5G通信、卫星通信、光通信、电力电子、航空航天等领域。其中,碳化硅(SiC)常用于功率器件,适用于600V下的高压场景,广泛应用于新能源汽车、充电桩、轨道交通、光伏、风电等电力电子领域。氮化镓(GaN)则具备导通电阻小、损耗低以及能源转换效率高等优点,适用于5G通信、微波射频等领域,由其制成的充电器还可以做到较小的体积。
第一、二、三代半导体在材料、带隙以及应用方面各有特点,随着技术的不断进步和市场需求的变化,这三代半导体将在各自的领域继续发挥重要作用。