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半导体芯片有哪些应用领域

来源:http://www.shgongjunpower.com/ │ 发表时间:2019-11-07 | 浏览数:载入中...

 半导体芯片通常也可称为集成电路,是指在半导体片材上进行浸蚀、布线、制成的能实现某种功能的半导体器件。不只是硅芯片,常见的还包括砷化镓、氮化镓、碳化硅等半导体材料。半导体制造的过程就是“点石成金“的过程,主要是对硅晶圆的一系列处理,简单来说就是通过外延生长、光刻、刻蚀、掺杂和抛光,在硅片上形成所需要的电路,将硅片变成芯片。

 化合物半导体

 半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料,是半导体工业的基础。随着新的半导体材料出现、电力电子技术进步与制作工艺的提高,半导体在过去经历了三代变化。砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)半导体分别作为第二代和第三代半导体的代表,与头一代半导体硅(Si)相比,在高频、高温等方面性能更加优异。

 化合物半导体芯片因其优异的高频性能,常用来制造功率半导体,其应用领域越来越普遍。在应用中通过变频、变压、变流、功率放大及管理的方式实现两大功能:放大和开关。目前75%以上的电能应用需要进行功率变换以后才能供设备使用。其应用领域越来越普遍。

  放大:低频功率变为高频功率,充分利用放大作用,就可以使用小功率驱动马达。

开关:切换电路的开与关,其开关速度越快,越能实现精密控制。

 砷化镓半导体

 砷化镓半导体芯片主要用于微波功率器件,即工作在微波波段(频率300~300000兆赫之间)的半导体器件。由于Si在物理特性上的先天限制,仅能应用在1GHz以下的频率。然而近年来由于无线高频通讯产品迅速发展,使得具备高工作频率、电子迁移速率、抗天然辐射及耗电量小等特性的砷化镓脱颖而出,在微波通讯领域大规模应用。

 由于砷化镓高频传输的特性,除了在手机应用中飞速成长外,笔记本电脑、平板电脑中搭载的WiFi模组、固定网络无线传输,以及光纤通讯、卫星通讯、点对点微波通讯、有线电视、汽车导航系统、汽车防撞系统等,也分别采用1~4颗数量不等的功率放大器,这都是推动砷化镓成长的强大动力。

氮化镓半导体

 氮化镓材料由于禁带宽度达到3.4eV,与SIC、金刚石等半导体材料一起,被誉为第三代半导体材料,也称为宽禁带半导体。由于氮化镓具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子速度大、热导率高、介电常数小、化学性质稳定和抗辐射能力强等优点,成为高温、高频、大功率微波器件的优选材料之一。

 氮化镓(GaN)与砷化镓(GaAs)性能比较;氮化镓(GaN)与硅(Si)性能比较由于对高速、高温和大功率半导体器件需求的不断增长,使得氮化镓材料器件逐渐被半导体市场应用。其主要应用领域包括:

新能源领域:

 在可再生能源领域,在将风电和太阳能电力接入电网以及减少输电损耗方面,都发挥了极其重要的作用;绿色能源、电动汽车、绿色电子照明等新兴领域正在成为功率器件市场应用的新热点,需求强劲。

 信息通讯设备领域:

 增强型氮化镓电晶体表现出高耐辐射性能,从而适用于通讯和科学卫星的功率和通讯系统;点到点通信、卫星通信、各种雷达和新型工业/医疗应用都将从这些大功率氮化镓器件的应用中获益。

 4C产业:

 国内各主要IT产品仍将保持旺盛的市场需求,笔记本电脑、显示器、打印机、电视机、组合音响、激光视盘机等传统产品以及新兴汽车电子均将在未来保持平稳增长。随着全球空调、节能电机等电子产品产能向中国大陆转移,功率半导体的需求也将成倍地增加。

 智能电网领域:

 功率半导体在提高整个电力供应链--从发电、输配电到至后的用电--的能效方面发挥着至关重要的作用。

 碳化硅半导体

 碳化硅(SiC)因其在高温、高压、高频等条件下的优异性能表现,成为当前最受关注的半导体材料之一,在交流-直流转换器等电源转换装置中得到大量应用,未来亦有望在半导体功率器件领域逐步实现对硅的全方面替代,碳化硅半导体时代即将开启。

 与硅器件相比,碳化硅半导体芯片的功率损耗可减少将近50%,从而有效提升电源转换效率。碳化硅器件由于转换效率高、发热小,所以可以有效减小冷却系统的体积,从而实现电源转换装置整体的小型化,这对于新能源汽车等需要大量电源转换装置的系统具有重大的意义。因此,对于需要高转换效率和高功率密度的系统,碳化硅器件具有无可比拟的优势,是当仁不让的首选产品。

 正因为碳化硅具备这些优异的性能,所以它特别适合深井钻探、太阳能逆变器(实现直流与交流的转换)、风能逆变器、电动汽车与混合动力汽车、工业驱动以及轻轨牵引等需要大功率电源转换的应用。

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