半导体知识知多少

最近在新闻报道中，第三代半导体可以说非常火热，引发社会广泛讨论，相关机构预测2021年第三代半导体将迎来应用大爆发。同时国家决定重点推进第三代半导体研制。我们事业单位在考试的时候，非常喜欢将科技和时政相结合，考查大家有关的知识。下面我们就来给大家介绍介绍关于半导体的内容：

物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。所以可以说半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

而半导体的发现相对较晚，1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但法拉第发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。半导体这个名词1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年才由贝尔实验室完成。

半导体的应用范围非常的广泛，集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域被大规模的应用，比如生活中的LED是建立在半导体晶体管上的半导体发光二极管。在农业上，农作物在温室大棚中生长中，我们可以利用半导体制冷技术对大棚的环境温度进行有效控制。

新闻中非常热的第三代半导体指的是什么?目前第三代半导体虽然有四类，但是主要以碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)两种材料为主，其余还有宽禁带氧化物(典型代表ZnO)和金刚石。

而在半导体中禁带宽度，是用来区分不同代际半导体的关键参数。我们的第三代半导体氮化镓和碳化硅的禁带宽度分别为3.39电子伏特和3.26电子伏特，较高的禁带宽度非常适合高压器件应用。氮化镓电子饱和速度高，是硅的2.5倍，是砷化镓的2倍，非常适合做微波器件，比如手机内的射频前端放大器、5G基站以及微波雷达。

对于氮化镓这种半导体来说并不是完美无缺的，也有一定的局限，需要在蓝宝石、硅、碳化硅等衬底上异质外延生长。由于材料不同，热膨胀系数和晶格常数不匹配，会造成异质外延材料缺陷高。相比他，碳化硅的优势就非常明显。碳化硅晶体可以在碳化硅衬底上同质生长，缺陷密度低，可以充分发挥碳化硅耐高压特性，器件耐压能力很容易达到1200伏—1700伏。碳化硅功率开关器件适合高温、高压、大功率应用场景，未来将与“基于硅的绝缘栅双极晶体管”形成市场竞争，目前主要应用在电动车和充电桩。