硬件百科:半导体材料有哪些?

这些年整个集成电路行业都陷入了瓶颈,处理器工艺制程难以精进,摩尔定律似乎已经走向了没落,半导体行业一直想要找出可以替代硅(Si)的半导体材料,但尝试了各种后发现还是硅(Si)好挣钱。

虽然硅(Si)在集成电路芯片制造上目前无法被替代,但经过了这么多年的发展,每一个成熟的半导体材料自己都可以带动一个行业的发展,那么目前行业里有哪些半导体材料呢?

第一代半导体:

业界将半导体材料进行过分类,前面提到的硅(Si)和锗(Ge)是第一代半导体材料。

硅(Si):前面提到的硅(Si)是目前应用最广泛的半导体材料,集成电路基本都是由硅(Si)制造。硅(Si)被大家广为熟知是因为它是CPU的材料,英特尔和AMD的处理器都是基于硅(Si)所打造的,当然除了CPU,GPU芯、存储闪存也都是硅(Si)的天下。

锗(Ge):锗(Ge)是早期晶体管的材料,可以说正是硅(Si)出现之后锗(Ge)才走向了没落,不过也只是锗(Ge)并没有被硅(Si)完全取代,作为重要的半导体材料之一,锗(Ge)依旧活跃在一些光纤、太阳能电池等通道领域。

第一代半导体材料的不管是技术开发还是还是成本把握都最为成熟,所以即使后面的第二、第三代半导体材料在某些特性表现方面完全超越了硅(Si),却也没有办法商用取代硅(Si)的价值,无法带来硅(Si)这样的高收益才是关键。

第二代半导体:

第二代半导体材料与第一代半导体有本质的不同,第一代半导体的硅(Si)和锗(Ge)属于单质半导体,也就是由单一物质构成。而第二代属于化合物半导体材料,由两种或两种以上元素合成而来,并且拥有半导体特性,第二代半导体常见的是砷化镓(GaAs)和磷化铟   (InP)。

砷化镓(GaAs):砷化镓(GaAs)是第二代半导体材料的标志性产物之一,我们经常听说的的LED发光二极管,就有砷化镓(GaAs)参与。

砷化镓(GaAs)

磷化铟   (InP):磷化铟   (InP)由金属铟和赤磷在石英管中加热反应制作,特点是耐高温、高频率和高速率,因此在通讯行业被广泛应用,用于制作通信器件。

第二代半导体可以说是4G时代的基盘,很多4G设备使用的材料都是基于第二代半导体材料打造。

第三代半导体:

第三代半导体同样属于化合物半导体材料,特点是高禁带宽度、高功率和高频以及高电压等,代表产品是,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

碳化硅(SiC):碳化硅(SiC)的特性有耐高温、耐高压,非常适合是做功率器件开关,如很多主板上高端MOSFET就是由碳化硅(SiC)制作的。

MOSFET

氮化镓(GaN):氮化镓(GaN)碳化硅(SiC)一样都是高禁带宽度半导体,特性是能耗低、适合高频率,适合打造5G基站,唯一的缺点就是技术成本过高,很难在商用领域看到。

目前国内比较流行推广第三代半导体的发展,原因是国内外起点差距小,还有竞争的机会。

注意事项:

虽然这些半导体材料被认为划分到为第一代、第二代,听起来也像是迭代的产品,但其实这些第一代、第二代、第三代半导体材料并不是替代关系,它们的特性不同,应用的场景也不一样,一二三代只是行业一种区分标识,只是根据材料进行了划分,有些场景化甚至会同时应用在一起。

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