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? ? ? 本文著眼于砷化鎵，探討它與其他流行的半導(dǎo)體材料的比較，并探討利用每種材料的不同組件。
? ? ? 硅長期以來一直是半導(dǎo)體的關(guān)鍵材料。然而，砷化鎵，以及其他化合物，如氮化鎵和碳化硅，現(xiàn)在正分享這一階段。那么什么是砷化鎵，它與其他化合物有何不同？讓我們探索這種化合物，看看它是如何被用作半導(dǎo)體材料的。
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什么是砷化鎵？
? ? ? 砷化鎵(GaAs)是由元素鎵和砷構(gòu)成的化合物。它通常被稱為ⅲ-ⅴ族化合物，因?yàn)殒壓蜕榉謩e屬于元素周期表的ⅲ族和ⅴ族。
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砷化鎵化合物
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圖1?砷化鎵化合物，棕色代表鎵，紫色代表砷??
? ? ? 砷化鎵的使用不是一項(xiàng)新技術(shù)，事實(shí)上，自20世紀(jì)70年代以來，國防高級研究計(jì)劃局一直在資助這項(xiàng)技術(shù)的研究。雖然硅基技術(shù)已經(jīng)成為“微電子革命的支柱，但GaAs電路在更高的頻率和信號放大功率下運(yùn)行，這使得一個(gè)由手掌大小的手機(jī)連接的世界變得切實(shí)可行。”
? ? ? 砷化鎵在20世紀(jì)80年代導(dǎo)致了全球定位系統(tǒng)接收器的小型化。這使得在此期間進(jìn)入美國武庫的激光制導(dǎo)精確彈藥成為可能。
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不同半導(dǎo)體材料的帶隙
? ? ? 在不深入理論物理的情況下，一種材料的能帶會填補(bǔ)材料原子殼層之間的空間。更大的空間意味著需要更多的能量來讓半導(dǎo)體的電子“跳躍”到下一個(gè)殼層，并使半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。正如我們將看到的，這有許多重要的影響。
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比較GaAs、硅、碳化硅和氮化鎵的帶隙
? ? ? 憑借高電子遷移率，GaAs制造的半導(dǎo)體器件可以在數(shù)百千兆赫的頻率下工作。
? ? ? ?雖然不是真正意義上的“寬帶隙”材料，但GaAs確實(shí)比硅具有高得多的帶隙。至關(guān)重要的是，這使得GaAs高度抗輻射，因此是國防和航空應(yīng)用的絕佳選擇。另一個(gè)賣點(diǎn)是，GaAs設(shè)備更耐熱，釋放的電磁干擾更少。
? ? ? GaAs的特點(diǎn)是直接帶隙，而不是硅的間接帶隙。正因?yàn)槿绱?，GaAs能比那些硅材料更有效地發(fā)光。這使得GaAs發(fā)光二極管明顯優(yōu)于那些由硅構(gòu)成的發(fā)光二極管。?
? ? ? 硅的一個(gè)主要優(yōu)勢是，在大規(guī)模制造的現(xiàn)實(shí)世界中，硅更容易使用。硅有一種“天然氧化物”，即二氧化硅。這種現(xiàn)成的絕緣體是制造硅器件的無價(jià)之寶。GaAs沒有模擬。
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氮化鎵和碳化硅
如下所述，碳化硅和氮化鎵的帶隙明顯超過硅和GaAs的帶隙。
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帶隙的比較
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碳化硅可用于制造高電壓、高功率、高頻工作的功率MOSFETs。它們可以耐受高溫，并且具有隨溫度穩(wěn)定的RDS(開)值。RDS是從漏極到源極的電阻，在任何電源應(yīng)用中都是一個(gè)極其關(guān)鍵的參數(shù)。
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碳化硅
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圖2?碳化硅
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氮化鎵的帶隙甚至比碳化硅更高，電子遷移率也更高。該技術(shù)固有的較低輸出和柵極電容進(jìn)一步支持高速操作。氮化鎵器件缺乏硅基器件固有的體二極管。這有助于消除恢復(fù)損耗、提高運(yùn)行效率和減少電磁干擾。
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氮化鎵
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圖3?氮化鎵?
? ? ? 碳化硅可用于制造高電壓、高功率、高頻工作的功率MOSFETs。它們可以耐受高溫，并且具有隨溫度穩(wěn)定的RDS(開)值。RDS是從漏極到源極的電阻，在任何電源應(yīng)用中都是一個(gè)極其關(guān)鍵的參數(shù)。
? ? ? 氮化鎵的帶隙甚至比碳化硅更高，電子遷移率也更高。該技術(shù)固有的較低輸出和柵極電容進(jìn)一步支持高速操作。氮化鎵器件缺乏硅基器件固有的體二極管。這有助于消除恢復(fù)損耗、提高運(yùn)行效率和減少電磁干擾。?
? ? ? ?集成柵極驅(qū)動器專門調(diào)諧到氮化鎵器件，實(shí)現(xiàn)快速驅(qū)動，而不會在柵極上振鈴。它為原始設(shè)備制造商節(jié)省了時(shí)間、空間和物料清單成本，并通過提供過流和過溫保護(hù)來防止故障。
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砷化鎵是比硅更好的選擇嗎？ 略
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