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第三代半导体突破,四部委力挺第三代半导体芯片

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-11-25 17:46:09   来源:网络   作者:周先生   浏览次数:2
核心提示:相信目前大家对于第三代半导体突破都是颇为感兴趣的,现在周先生就在互联网上为大家归纳了一些关于四部委力挺第三代半导体芯片方面的知识分享给大家,希望能够帮助您解决问题。*** 次数:9278347 已用完,请联系开发者***公元 2020 年 9 月 4 日,一则 “我国将把大力发展第三代半导体产业写入‘十四五’规划”的消息引爆市

相信目前大家对于第三代半导体突破都是颇为感兴趣的,现在周先生就在互联网上为大家归纳了一些关于四部委力挺第三代半导体芯片方面的知识分享给大家,希望能够帮助您解决问题。

*** 次数:9278347 已用完,请联系开发者***

公元 2020 年 9 月 4 日,一则 “我国将把大力发展第三代半导体产业写入‘十四五’规划”的消息引爆市场,引起第三代半导体概念股集体冲高涨停,场面十分壮观。

暴涨逆袭之间,“第三代半导体”成了疯狂刷屏的明星词,人们惊呼下一个风口来了。

巧合的是,华为消费者业务 CEO 余承东在 8 月 7 日接受采访时也曾表示:

现在我们从第二代半导体进入第三代半导体时代,希望在一个新的时代实现领先。在终端的多个器件上,华为都在投入。华为也带动了一批中国企业公司的成长,包括射频等等向高端制造业进行跨越。

第三代半导体到底是什么?为什么会突然被炒上天?在中国芯片产业被美国强势打压下,第三代半导体又在扮演什么角色?

看到第三代半导体,你肯定会想第一代、第二代是什么。这里的 “代际”,是根据半导体制造材料来划分的。

在《兵进光刻机,中国芯片血勇突围战》一文中,IT之家曾介绍,芯片制造的第一步是从沙子里提炼出高纯度的硅。

硅,就是制造半导体最早的材料之一,也是第一代半导体。

以下是三代半导体最主要的材料:

第一代半导体:硅、锗;

第二代半导体:砷化镓、磷化铟;

第三代半导体:氮化镓、碳化硅。

半导体材料发展到第三代,肯定是因为氮化镓、碳化硅相比前两代有优势,才会被重用。那么它有什么优势呢?

更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率、更高的抗辐射能力……

每个字都认得,但连起来就看不懂了。

所以接下来IT之家不妨就来给大伙翻译翻译。

不过这个解释的过程可能会涉及一些理化方面的知识,稍微有一丢丢的深。大家如果不想看,也可以直接跳到本部分的第 3 小节。

1、半导体的工作原理

要理解这些,我们要从什么是半导体说起。

半导体,顾名思义,就是导电性在绝缘体和导体之间的物体。

导体能导电,意思就是能够让电流通过。而中学物理告诉我们,电流就是自由电子在电场力的作用下做定向运动形成的。

所以,导体中必须有大量的自由电子。那么这些自由电子怎么来的呢?

我们知道,物质是由分子构成的,分子是由原子构成的,原子是由原子核以及围绕在周围的电子构成的。

原子核带正电荷,电子带负电荷,异性相吸,所以电子围绕在原子核周围不停地转。

这原子核,就像古代富贵家族的大公子哥,特别帅,有一种独特的吸引力,能吸引三妻四妾(电子)围在他身边。

妻妻妾妾嫁进公子哥的家族后,那些住得和丈夫比较近的,天天耳鬓厮磨,感情深厚,自然不离不弃。

而和丈夫住得比较远的妾们,和公子的感情比较淡,空守寂寞,久而久之,自然就有一种摆脱家族婚姻束缚,追求自由爱情的冲动。

就好像那句著名的诗:一枝啥啥出墙来,大家懂的。

事实上,在她们面前,真的有一道墙,家族豪宅的围墙,这道墙阻碍了她们对自由的向往。

对应到物理学上,大家族豪宅内的区域,叫做原子核周围的 “价带”,而那道墙,叫做禁带,墙外的区域,叫做导带。

其中,禁带是不能存在电子的,就好像有人想追求自由,她不可能骑在墙头上光明正大地和隔壁的王公子约会,她只会想办法穿过那道墙。

物质也是如此,价带边缘的电子,更有一种摆脱原子核束缚,穿越禁带,来到导带,成为自由电子的趋向和可能。

换句话说,只要电子能够越过禁带,来到导带,成为自由电子,那么物体就能导电。

所以,禁带就成了区分导体和绝缘体的关键。

通常,导体的禁带非常窄,甚至没有,所以价带的电子很容易来到导带成为自由电子,因此导体是能导电的。

绝缘体的禁带非常宽,价带的电子怎么也越不过去,所以绝缘体是不导电的。

而半导体呢,它的禁带宽度介于绝缘体和导体之间,价带的电子是有机会来到导带的,只是需要一些外部的能量。

这外部的能量,可以是阳光,也可以是其他,例如额外的电压。

也就是说,给它施加一个电压,那么价带的电子就能越过禁带,成为自由电子,半导体就导电了。

这个过程我们叫 “本征激发”。

当然,关掉电压,半导体又不导电了。

半导体从绝缘变成导体的时候,叫做击穿,这时候对应的电压叫做击穿电压,形成的电场强度叫做击穿场强。

所以,“更宽的禁带宽度、更高的击穿电场”,意思都是在说,第三代半导体能承受更高的电压。

2、从半导体到晶体管

除了电压,半导体能不能导电,其实还和其他因素有关,例如掺杂程度。

怎么理解这个惨杂程度呢?又要翻开中学理化课本了。

我们用半导体最经典的材料硅来举例。硅元素有 14 个电子,按 2-8-4 分三层排列。

可是我们知道,原子最外层 8 个电子可以构成稳定状态。这时硅就想了,我这最外层只有 4 个电子,要是能想办法凑成 8 个电子多好啊!

方法还真有,那就是和别的原子共用。比如两个硅原子碰到一起,就会说,你最外面有 4 个电子,我最外面也有 4 个电子,咱俩共用一下,不就都有 8 个电子了吗?

所以,硅原子在一起,都是以这样的状态存在的:

了解这这一点,下面就要举一反

 
 
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