砷耐加仑：半导体技术的另一个玩家

本文着眼于砷化韧带，并探讨了它与其他流行的半导体材料的比较，并探索了利用每种材料的不同组beplay体育下载不了件。

硅长期以来一直是半导体中的关键材料。然而，砷化甘蓝以及其他化合物（如氮化岩和碳化硅）现在正在共享舞台。那么什么是砷耐加仑，它与其他化合物有何不同？让我们探索这beplay体育下载不了种化合物，看看它如何用作半导体材料。

什么是砷耐加仑？

砷化韧带（GAAS）是一种由凝胶和砷元素建造的化合物。它通常被称为III-V化合物，因为镀凝剂和砷分别位于周期表的III组和V组中。

图1。砷化衣化合物。棕色代表胆汁，紫色代表砷。图像提供Shandirai Malven Tunhuma-比勒陀利亚大学。

使用砷化衣不是一项新技术。实际上，DARPA一直在资助研究自1970年代以来进入技术。虽然基于硅的技术一直是“微电子革命的骨干物质，但GAAS电路以较高的频率和信号放大能力运行，这使实用的世界通过棕榈大小的手机连接起来。”

砷化甘氨酸导致GPS接收器的小型化在1980年代。这使得在此期间进入我们的武器库的激光引导，精确的弹药可能。

不同半导体材料中的带隙

在不进入深度理论物理学的情况下，材料的带状物质是材料的原子壳层之间的空间。较大的空间意味着将半导体的电子“跳到”下一个外壳并使半导体以导电状态转移到下一个壳体上。正如我们将看到的那样，这有许多重要的后果。

比较GAAS，SI，SIC和GAN带盖

具有高电子迁移率，由GAAS构建的半导体设备可以在数百GHz的频率下起作用。

虽然并不是真正被认为是“宽带”材料，但GAAS的带隙确实比硅更高。至关重要的是，这使GAAS高度抗性，因此是防御和航空航天应用的绝佳选择。另一个卖点是，GAAS设备对热量的抵抗力更大，并散发出更少的EMI。

GAAS具有直接的带盖，而不是硅的间接带盖。因此，GAA可以比硅制成的光更有效地发光。这使GAAS LED比硅构建的优势具有明显的优势。

硅的一个主要优点是，在大规模制造业的现实世界中，硅很容易使用。硅具有“天然氧化物”，二氧化硅（SIO2）。这种现成的绝缘子是制造硅设备的宝贵资产。GAAS没有类似物。

在撰写本文中，正在开发硅过程，直至七纳米水平。500纳米在此时的低水平。尽管GAAS很快，但它需要力量。因此，对于普通的中低速逻辑，硅可能仍然是要走的路

硝酸韧带和碳化硅

如下所述，碳化硅（SIC）和氮化炮（GAN）具有带硅或GAA的带镜。

带盖的比较

材料	带盖
硅（SI）	1.1电子伏特（EV）
砷耐加仑（GAAS）	1.4电子伏特（EV）
碳化硅（SIC）	3.0电子伏特（EV）
硝酸甘露（GAN）	3.4电子伏特（EV）

碳化硅可用于为高电压，高电源应用以高频运行的高电力应用。它们可以忍受高温并具有稳定温度的RDS（ON）值。RDS是从排水到源的电阻，这是任何电源应用中极为关键的参数。

图2。碳化硅。图像（修改）由芒斯特大学。

氮化炮具有比碳化硅和更高电子迁移率更高的带隙。该技术固有的降低输出和栅极电容进一步实现了高速操作。GAN设备缺少基于硅设备固有的身体二极管。这有助于消除恢复损失，提高运营效率并降低EMI。

图3。硝酸甘露。图像由布里斯托尔大学。

碳化硅可用于为高电压，高电源应用以高频运行的高电力应用。它们可以忍受高温并具有稳定温度的RDS（ON）值。RDS是从排水到源的电阻，这是任何电源应用中极为关键的参数。

氮化炮具有比碳化硅和更高电子迁移率更高的带隙。该技术固有的降低输出和栅极电容进一步实现了高速操作。GAN设备缺少基于硅设备固有的身体二极管。这有助于消除恢复损失，提高运营效率并降低EMI。

Texas Instruments的LMG3410R050 GAN设备

TI的方法是包括栅极驱动器电路以及600V GAN晶体管。这LMG341XR050（PDF）比硅MOSFET的固有优势包括高速操作的超低输入和输出电容。通过零反向恢复减少损失是另一个好处。

图4。LMG3410R050。图像提供德州仪器。

像LMG3410R050这样的GAN设备没有反向恢复损失，因为与硅MOSFET不同，源和排水之间没有PN连接。

集成的栅极驱动器专门调整为GAN设备，用于快速驾驶，而无需在门上响起。它节省了OEM的时间，空间和BOM成本，并通过提供过度电流和过度的保护来防止故障。

克里对SIC MOSFET的十亿美元承诺

在高级带隙半导体的世界中，SIC是另一个强大的竞争者，如克里的承诺进入技术。

Cree提供许多SIC MOSFET，包括C2M0045170D。该设备的额定值为1700V和72A。最高连接温度为150°C。重要的是，它的RDS（ON）仅为45毫米。

公司的CAB450M12XM3（PDF）是1200V，450a碳化物半桥模块。

图5。CAB450M12XM3。图像提供Cree-Wolfspeed（PDF）。

可以在175°C下连续连接操作。该高功率设备的设计用于：

• 电动机和牵引力
• 车辆快速充电器
• 不间断的电源

砷化甘氨酸LED

这些设备在晶圆中更常见，但Vishay提供了TSUS4300（PDF），一种离散的GAA LED，在950纳米处辐射。他们的规格之一是，他们提供了“与SI光电探测器的良好频谱匹配”，预示着下面我们下一节的中心点。

砷耐加仑是比硅更好的选择吗？

我们已经讨论了一些通用性和整体特征，但是设计师必须仔细分析特定设计的特定需求，而不是基于先入为主的概念做出其物质选择。有时，答案不会是最初的预期。

在一篇文章中模拟设备的Theresa Corrigan当用作宽带（900 MHz和更高）电子开关时，N通道CMOS MOSFET与GAAS设备形成鲜明对比。

GAAS的优势

• 电阻低
• 低电容
• 高频率高线性

CMO的优势

• 在4 GHz时损失3DB或以下
• 低功耗
• 不需要DC阻断电容器
• 端口之间的高隔离

她的结论？有时，使用更传统的硅作为设备的选择仍然出现。但是，每种新的半导体材料都提供不同的好处。