第三代半导体材料概述ppt课件.pptx

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1、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。第第三代半导体材料三代半导体材料概述概述弋江区微电子产业办公室弋江区微电子产业办公室2018年年6月月严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。硅单晶硅单晶19471947年，第一个晶体管年，第

2、一个晶体管 npn-npn-锗晶体管锗晶体管19581958年，第一块集成年，第一块集成电路电路以硅和锗等为代表，奠定微电子产业基础以硅和锗等为代表，奠定微电子产业基础硅半导体材料的主导地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光硅半导体材料的主导地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频功率器件上的应用，如其间接带隙决定了它电子和高频功率器件上的应用，如其间接带隙决定了它不能获得高的电光转不能获得高的电光转换效率换效率。第一代半导体第一代半导体 2严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事

3、件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。以砷化镓和磷化铟等化合物半导体为代表，奠定信息产业基础以砷化镓和磷化铟等化合物半导体为代表，奠定信息产业基础砷化镓砷化镓能带图，直接能带图，直接带隙，禁带宽度带隙，禁带宽度1.424eV1.424eV砷化镓砷化镓和磷化铟为和磷化铟为直接带隙直接带隙化合物半导化合物半导体体，相对硅器件具有高频高速的，相对硅器件具有高频高速的光电性光电性能能，是新一代的通信用材料，是新一代的通信用材料，如手机、，如手机、光纤通讯、微波、毫米波器件光纤通讯、微波、毫米波器件。但其但其有有毒毒，波长范围短（，波长范围短（

4、500 nm500 nm），覆盖光），覆盖光谱范围小，同时限制其更高频，抗更高谱范围小，同时限制其更高频，抗更高辐射性能。辐射性能。第二代半导体第二代半导体 3严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。以氮化镓、碳化硅、氧化锌以及金刚石等宽禁带化合物半导以氮化镓、碳化硅、氧化锌以及金刚石等宽禁带化合物半导体为代表，支撑战略性新兴产业基础。体为代表，支撑战略性新兴产业基础。SiC和和GaN等宽禁带半导体材料具有高的击

5、穿电场、高的热导率、等宽禁带半导体材料具有高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，因而更适合于制作高温、因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。高频、抗辐射及大功率器件。第三代半导体在光电子领域和微电子领域相比前两代半导体更具优第三代半导体在光电子领域和微电子领域相比前两代半导体更具优势。势。第三代半导体第三代半导体 4严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为

6、或突发事件。0.30.40.50.65.04.06.03.02.01.0Band-gap energy(eV)AlN GaN InN0.30.40.20.50.60.81.51.0MgSZnSMgSeZnSeGaPAlAsGaAsInPInAsUVIRVisible 全组分可调:带隙：带隙：0.63 6.2 eV (InN)(AlN)覆盖红外到紫外波段覆盖红外到紫外波段唯一可覆盖红外到紫外波长范围的半导体体系以III-V族氮化物材料体系为例光电子器件光电子器件第三代半导体第三代半导体 5严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事

7、件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。半导体半导体照明照明紫外探紫外探测测可见光可见光通信通信电力电力电子电子光伏新光伏新能源能源激光激光显示显示高密度高密度光存储光存储微波微波功率功率共性技术和共性技术和工艺装备工艺装备第三代半导体材料第三代半导体材料磁电子磁电子以以GaN、SiC和和ZnO为核心的第三代半导体在为核心的第三代半导体在能源、信息、环境、能源、信息、环境、农业、交通、国防等领域都显示了广泛的应用。农业、交通、国防等领域都显示了广泛的应用。6严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到

8、及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。以硅、锗为代表奠定了微电子产业的基础以砷化镓、磷化铟为代表支撑了信息产业的发展第一代半导体（始于1950年代）第二代半导体（始于1970年代）第三代半导体（始于1990年代）氮化镓、碳化硅（2eV）用于半导体照明、5G移动通信、相控阵雷达、高压智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子 第三代半导体材料发展 推动和支撑下一代产业变革严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为

9、或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。微波射频器件微波射频器件频率频率功率功率1GHz10GHz100GHz10W100WGaAsInPSiCSiSiGeGaN相对于第一代和第二代半导体，第三代中的相对于第一代和第二代半导体，第三代中的GaN和和SiC的高温、高频、的高温、高频、大功率、抗辐照等特性，使其在射频微波领域有广泛的应用大功率、抗辐照等特性，使其在射频微波领域有广泛的应用8严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件

10、上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。微波射频器件微波射频器件0.1 1 10 100 10000.5 1 5 10 0.5 1 5 10 50 10050 100频率（频率（GHzGHz）防空监视雷达防空监视雷达商业商业通讯基站通讯基站商业电信商业电信智能车辆智能车辆道路系统道路系统智能车辆道路系统智能车辆道路系统电子战相控阵电子战相控阵MCMsMCMs超高频超高频卫星通讯卫星通讯电子战电子战 干扰发射台干扰发射台EHFEHF卫星通讯卫星通讯灵巧灵巧武器武器相控阵雷达相控阵雷达特高频特高频卫星通讯卫星通讯电子战电子战 干扰发射台干扰发

11、射台灵巧灵巧武器武器直播卫星直播卫星导弹发射机导弹发射机SiCGaN军口军口 RFRF电子电子商业商业 RFRF电子电子L LM MD DS S应用背景应用背景输输 出出 功功 率率（W W）9严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。电力电子器件电力电子器件10碳化硅、氮化镓可以取代硅产品领域碳化硅、氮化镓可以取代硅产品领域ITIT和消费品和消费品汽车业汽车业工业工业电源电源变压器变压器家用电器和电脑家用电器和电

12、脑不间断电源不间断电源电动电动/混合动力车混合动力车直流交流直流交流转换器转换器直流直流直流直流转换器转换器电力输运电力输运铁路运输铁路运输光伏逆变器光伏逆变器舰船运输舰船运输风力涡轮风力涡轮1MWCommercial in Confidence.Kingway Copyright 2011逆变器逆变器10严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。耐耐高高温温、耐耐高高压压、开开关关速速度度快快等等特特性性，应应用

13、用于于智智能能电电网网、超超高高压压运运输输变变电电等等，有有望望解解决决和和消消除除未未来来供供电电电电网网的的突突然然断断电电等等问问题题。2003年年北北美美大大停电，损失高达停电，损失高达300亿美元。亿美元。美国断美国断电危机电危机例如：断电危机例如：断电危机例如：断电危机例如：断电危机高性能固态开关的需求高性能固态开关的需求高性能固态开关的需求高性能固态开关的需求电力电子器件电力电子器件11严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报

14、并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。太阳能电池分类太阳能电池分类全光谱（多结）全光谱（多结）InGaN太阳能电池以其高效和潜力受到了广泛关注太阳能电池以其高效

15、和潜力受到了广泛关注晶体硅电池晶体硅电池薄膜电池薄膜电池多晶硅电池多晶硅电池单晶硅电池单晶硅电池CdTeCdTeCIGSCIGS硅基薄膜硅基薄膜InGaNInGaN体系体系GaAsGaAs体系体系实验室阶段实验室阶段潜力无限潜力无限光伏新能源光伏新能源14严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。InGaNInGaN太阳能太阳能电池结构电池结构带宽带宽(eV)(eV)InIn组分组分效率效率%单层单层1.31.30

16、.560.563030双层双层1.1,1.71.1,1.70.65,0.410.65,0.415050多层多层0.7-3.40.7-3.41-01-07070GaNGaN基全光谱太阳能电池基全光谱太阳能电池通过调整通过调整InGaNInGaN材料的材料的InIn组分，带隙可以覆盖从近红外到组分，带隙可以覆盖从近红外到紫外的光谱范围，与太阳光谱几乎完美匹配。紫外的光谱范围，与太阳光谱几乎完美匹配。InGaNInGaN多结太阳能电池理论效率高达多结太阳能电池理论效率高达70%70%光伏新能源光伏新能源15严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违

17、纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。其他应用领域其他应用领域-磁存储磁存储电荷自由度电荷自由度自旋自由度自旋自由度半导体自旋电子学半导体自旋电子学调控半导体中电子自旋自由度，以自旋作为信息的载体调控半导体中电子自旋自由度，以自旋作为信息的载体逻辑运算、存储、通信三个功能集成在逻辑运算、存储、通信三个功能集成在单个芯片上形成功能强大的单个芯片上形成功能强大的CPUCPU开开发发新新一一代代低低功功耗耗、多多功功能能、高高性性能能、超超高高速速半半导导体体自自旋旋电电子器件构建固态量子比特子器件构建固态量

18、子比特第三代半导体自旋电子学器件第三代半导体自旋电子学器件 一般电子学器一般电子学器件速度快件速度快3 3个数量级，功耗小个数量级，功耗小3 3个数量级个数量级16严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。半导体半导体照明照明形成形成万亿产业万亿产业电力电子电力电子形成千亿形成千亿产业产业深紫深紫外外激光器激光器国防国防-电子对抗电子对抗深紫深紫外外探测器探测器 智能智能照明照明光通信光通信全全光谱光谱太阳能电池太

19、阳能电池微波激射微波激射微电子领域微电子领域光电子领域光电子领域核心材核心材料料GaNSiCZnO金刚石金刚石第三代半导体形成规模化生产；第三代半导体形成规模化生产；占领显著的市场份额；占领显著的市场份额；部分达到国际领先部分达到国际领先功率器件功率器件取代取代Si基基第三代半导体材料2020年发展预测17超越超越照明照明严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。新材料新材料信息信息先进制造先进制造新能源新能源MOCVD等核等核心心装备装备可见光通信可见光通信InGaN太阳能电池太阳能电池半导体照明半导体照明电力电子器件电力电子器件微波功率器件微波功率器件激光显示激光显示稀稀磁磁半导体半导体光存储与光存储与探测器探测器第第三代三代半导体材料半导体材料对策与建议18