几种典型宽禁带半导体材料的制备及发展现状

随 着 半 导 体 技 术 的不 断 发展 ， 传 统 半 导 体 材 料 如 Ｓｉ和 ＧａＡｓ受 其 自身 固有 性 质 的 限制 已经 难 以满 足 各 器 件 领 域 进 一 步 深 入 应 用 的 需要 。在 电 子 材 料 向大 尺 寸 、多 功 能化 及 集 成 化 发 展 的 大趋 势 下 ， 第 三 代 宽 禁 带 半 导 体 材 料 如 ＳｉＣ、ＧａＮ、 Ａ１Ｎ、 金 刚石 、ＺｎＳｅ等 由于 具 有 更 高 的 击 穿 电场 、
分 析 了 目前制 备 这 些半 导体 材 料 的主 流 方 法及其 各 自存 在 的 利 与 弊 ；最后 讨 论 了宽禁 带 半 导体
材 料 的发 展现 状 及其 存 在 的挑 战 。
关 键词 ：碳 化硅 ；氮化镓 ；宽 禁带半 导体 ；器 件
中图 分类 号 ：ＴＮ３０４．０５
文 献标 识 码 ：Ａ
文章 编号 ：１００４－４５０７（２０１６）０８－００２０－０４
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ Ｓｅｖｅｒａｌ Ｗ ｉｄｅ Ｂａｎｄ·－－ｇａｐ Ｓｅｍ ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ
ＹＡＮＧ Ｊｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｈｏｎｇｘｉｎｇ
（Ｔｈｅ ４６ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｄ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２０，Ｃｈｉｎａ）
收稿 日期 ：２０１６．０６．０２
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Baidu Nhomakorabea
电 子 工 业 专 用 设 苗
材料 制造 工 艺 与 设 备
势及 其 在 多 个 领 域 展 现 出 的 巨大 应 用 潜 力 ，许 多 发 达 国 家 如 日、美 等 已经 投 入 大 量 人 力 、物 力 及 财 力 对 其 展 开深 入 研 究 并 取得 明 显成 果 。美 国 Ｃｒｅｅ 公 司 掌 握 世 界 上 最 先 进 的 ＳｉＣ制 备 工 艺 、ＡＩＭＩ公 司 成 功 研 制 出用 于 军 用 雷 达 及 商 用 宽 带 通 信 领 域
的 光 在 界 面 处 易 发 生 全 反 射 ， 难 以反 射 到 空 气 中 。 总 之 ，第 三 代 半 导 体 材 料 自身 存 在 独 特 的优 越 性 但 其 得 到 广 泛 应 用 又 存 在 复 杂 性 ，因 而 对 其 进 行 深 入 研 究 及 应 用 对 材 料 工 作 者 而 言 既 是 机 遇 又 是 挑 战 。
ＧａＮ 分 立 器 件 。在 ＧａＮ 研 究 方 面 ，美 国政 府 投 资
７５０万 美 元 给 Ｋｙｍａ公 司 资 助 其 研 究 ５０ ｍｍ（２英 参 考 文 献 ： 寸）及 １００ ｍｍ（４英 寸 ）ＧａＮ 体 单 晶 的生 长 工 艺 。与
美 国 相 比 ， 日本 在 ＧａＮ 的研 究 方 面 较 具 优 势 ，其 ［１］ 王莉，朱萍．新型宽带 ＳｉＣ功率器件 在电力电子 中的应
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ， ａｄｖａｎｔａｇｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｗｉｄｅ ｂａｎｄ—ｇａｐ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓｕｃｈ ａｓ ＳｉＣ ， ＧａＮ ａｎｄ Ａ１Ｎ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｂｙ ｍ ｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍ ａｎｕｆａｃ￣ｒｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ ＳｉＣ，ＧａＮ ａｎｄ Ａ１Ｎ ｗｅｒｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ；Ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ；Ｗ ｉｄｅ ｂａｎｄ—ｇａｐ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；Ｄｅｖｉｃｅ
材 料 制造 工艺 与设 备
电 子 工 业 专 用 设 备
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几种典型 宽禁带半导体材料 的 制备及 发展 现状
杨 静 ，杨 洪 星
（中 国 电子 科 技 集 团公 司 第 四十 六研 究 所 ，天 津 ３００２２０）
摘 要 ：阐述 了 ＳｉＣ、ＧａＮ、Ａ１Ｎ 等 几种 宽 禁 带半 导体 材料 的特 性 、突 出优 势及 其 重要 应 用；并对 比
研 究 集 中在 光 电子 和 高 频 电子 器 件 方 面 ； 在 ＳｉＣ
用 ［Ｊ］＿南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 ，２０１４，４６（４）：５２４—５３２．
方 面 ，日本 也 不 甘 落 后 正 在 加 紧 步 伐 研 究 ，许 多 公 司 如 东 芝 、松 下 等 正 在 积 极 开 发 功 率 ＳｉＣ器 件 。此 外 ，欧 洲 的 一 些 国 家 如 德 国的 西 门子 、法 国 的汤 姆 逊 、 瑞 典 的爱 立 信 等 也 在 积 极 的展 开对 ＳｉＣ 的研 究 。相 比之 下 ，国 内对 ＳｉＣ 的研 究起 步 较 晚 ，制 备 的 ＳｉＣ 尺 寸 较 小 且 微 管 密 度 及 位 错 密 度 较 国 外 大 ，而 对 ＧａＮ 的研 究无 论 在 材 料 还 是 在 器 件 应 用 方 面 国 内均 取 得 了一 些 初 步 成 果 。 目前 国 内对 于 Ａ１Ｎ 的 研 究 相 对 较 少 ， 美 国 的 Ｃｒｙｓｔａｌ ＩＳ公 司 的
热 导 率 、 电子迁 移 率 、 电子饱 和 漂 移速 度 等 优 势 （见 表 １［ ］）在 高 温 、高 频 、抗 辐 射 、短 波 长 发 光 等 领 域 展 现 出 巨大 的应 用 潜 力 ［ 。
在 光 电领 域 ，ＳｉＣ 材 料 倍 受 青 睐 ；在 微 波 器 件 领 域 ，器 件 已 由硅 双 极 型 晶体 管 、场 效 应 管 、ＬＤ． ＭＯＳ管 向 以 ＳｉＣ、ＧａＮ 为 代 表 的 宽 禁 带 功 率 管 过