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中國科學(xué)院院士-郝躍:寬禁帶半導(dǎo)體有三方面優(yōu)點

原創(chuàng)文章 發(fā)布人:芯榜 岳權(quán)利 發(fā)布時間:2023-08-17 16:57

8月10日,由濱湖區(qū)政府主辦,無錫市集成電路學(xué)會承辦的“2023中國汽車半導(dǎo)體新生態(tài)論壇”暨“第五屆太湖創(chuàng)芯峰會”成功舉辦。會上中國科學(xué)院院士 郝躍發(fā)表了“寬禁帶半導(dǎo)體功率器件新進(jìn)展”主題報告。


從1958年第一塊集成電路到今年正好是65周年,半導(dǎo)體經(jīng)歷從第一代半導(dǎo)體——硅(Si)、鍺(Ge)的半導(dǎo)體材料;第二代半導(dǎo)體砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb)、磷化銦(InP)等;到了第三代半導(dǎo)體,主要是碳化硅和氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體,未來將進(jìn)入超寬禁帶半導(dǎo)體。


近年來,隨著新能源車對電力控制需求大幅上升,汽車電子化、智能化發(fā)展趨勢顯著,功率半導(dǎo)體在汽車領(lǐng)域占比持續(xù)提升。寬禁帶半導(dǎo)體,也稱為第三代半導(dǎo)體,因其良好材料特性,在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域得以快速發(fā)展。


郝院士表示,從產(chǎn)業(yè)與科技的預(yù)期來講,寬禁帶半導(dǎo)體有三個方面優(yōu)勢,分別是優(yōu)越的功率特性、低損耗,以及高頻特性


1,優(yōu)越的功率特性。碳化硅、氮化鎵相對于Si MOSFET、IGBT等器件具有很強(qiáng)的競爭力。


2,高能效、低損耗特性?!氨热珉妱悠囋诔潆娗闆r相同情況下,想要開得更遠(yuǎn),其器件就必須實現(xiàn)損耗更低。”這一點寬禁帶半導(dǎo)體同樣具有競爭優(yōu)勢。但郝躍院士也表示,目前,在我國全球領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)或應(yīng)用中,如高鐵以及電動汽車等,第三代半導(dǎo)體使用得還是不算多,更多仍然是使用硅器件”。


3,優(yōu)越的高頻特性,GaN電子器件是在襯底材料上外延生長勢壘層/溝道層材料。該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高密度和高遷移率(速度)的2DEG,這是實現(xiàn)微波和大功率半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵。


郝院士認(rèn)為,任何一類半導(dǎo)體材料都要去跟發(fā)展了65年已經(jīng)相當(dāng)成熟的硅器件競爭,如果不具備不可替代性就很難有市場空間。 8月10日,由濱湖區(qū)政府主辦,無錫市集成電路學(xué)會承辦的“2023中國汽車半導(dǎo)體新生態(tài)論壇”暨“第五屆太湖創(chuàng)芯峰會”成功舉辦。會上中國科學(xué)院院士 郝躍發(fā)表了“寬禁帶半導(dǎo)體功率器件新進(jìn)展”主題報告。


從1958年第一塊集成電路到今年正好是65周年,半導(dǎo)體經(jīng)歷從第一代半導(dǎo)體——硅(Si)、鍺(Ge)的半導(dǎo)體材料;第二代半導(dǎo)體砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb)、磷化銦(InP)等;到了第三代半導(dǎo)體,主要是碳化硅和氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體,未來將進(jìn)入超寬禁帶半導(dǎo)體。


近年來,隨著新能源車對電力控制需求大幅上升,汽車電子化、智能化發(fā)展趨勢顯著,功率半導(dǎo)體在汽車領(lǐng)域占比持續(xù)提升。寬禁帶半導(dǎo)體,也稱為第三代半導(dǎo)體,因其良好材料特性,在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域得以快速發(fā)展。


郝院士表示,從產(chǎn)業(yè)與科技的預(yù)期來講,寬禁帶半導(dǎo)體有三個方面優(yōu)勢,分別是優(yōu)越的功率特性、低損耗,以及高頻特性


1,優(yōu)越的功率特性。碳化硅、氮化鎵相對于Si MOSFET、IGBT等器件具有很強(qiáng)的競爭力。


2,高能效、低損耗特性?!氨热珉妱悠囋诔潆娗闆r相同情況下,想要開得更遠(yuǎn),其器件就必須實現(xiàn)損耗更低。”這一點寬禁帶半導(dǎo)體同樣具有競爭優(yōu)勢。但郝躍院士也表示,目前,在我國全球領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)或應(yīng)用中,如高鐵以及電動汽車等,第三代半導(dǎo)體使用得還是不算多,更多仍然是使用硅器件”。


3,優(yōu)越的高頻特性,GaN電子器件是在襯底材料上外延生長勢壘層/溝道層材料。該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高密度和高遷移率(速度)的2DEG,這是實現(xiàn)微波和大功率半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵。


郝院士認(rèn)為,任何一類半導(dǎo)體材料都要去跟發(fā)展了65年已經(jīng)相當(dāng)成熟的硅器件競爭,如果不具備不可替代性就很難有市場空間。