给大伙揭秘一、二、三代半导体材料有哪些?

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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