Применение широкозонных полупроводниковых материалов для приборов силовой электроники

Содержание

Содержание2

Введение3

Глава 1. Предпосылки появления и развития отрасли широкозонных полупроводниковых материалов, их преимущества и недостатки4

Глава 2. Основные типы широкозонных полупроводниковых материалов в современной силовой электронике6

Глава 3. Применение широкозонных полупроводниковых материалов для приборов силовой электроники9

Заключение14

Литература15

Введение

К электронной компонентной базе в современных радиоэлектронных системах предъявляются специфические, зачастую экстремальные требования, которые требуют создания специальных приборов, интегрированных в аппаратуру, а также схемотехнических решений, оптимизирующих их использование. Важнейшее значение при этом имеет выбор полупроводникового материала, на котором реализуются приборы [1].

Применение приборов на новых широкозонных полупроводниковых материалах (нитрид галлия, карбид кремния, алмаз и др.) позволяет существенно повысить уровень излучаемой мощности во всех частотных диапазонах, расширить диапазон рабочих частот радиоэлектронных систем, способствует существенно снизить потери полезного сигнала по сравнению с традиционными полупроводниками.

Приборы на основе широкозонных полупроводников сейчас находятся в авангарде полупроводниковой электроники. Однако их потенциальные возможности пока удаётся использовать далеко не в полной мере из-за заметного влияния на параметры приборов точечных и протяжённых дефектов структуры и прочих специфических малоисследованных явлений.  Поэтому изучение природы и электронной структуры таких дефектов, а также нахождение способов влиять на совокупность таких дефектов принципиальным образом определяют возможности новых экономичных источников освещения, новых систем оптической записи и считывания информации, новых мощных приборов силовой электроники и пр.

Цель данной работы – изучить особенности широкозонных полупроводников по сравнению с традиционными материалами, рассмотреть область использования приборов на их основе, а также дальнейшие направления применения [2].

Глава 1. Предпосылки появления и развития отрасли широкозонных полупроводниковых материалов, их преимущества и недостатки

Широкозонными полупроводниками (ШП) называют вещества, в которых при отсутствии в них электрически активных примесей с небольшой энергией ионизации, электропроводность при комнатной температуре должна быть ничтожно малой. К широкозонным полупроводниковым материалам относятся материалы с шириной запрещённой зоны близкой или превышающей 2,3 эВ. Другая их типичная особенность обусловлена тем, что при создании в них достаточно большой концентрации неравновесных носителей заряда имеет место интенсивная люминесценция в видимой области спектра [3]. Типовыми представителями этой группы являются SiC и GaN, которые к тому же характеризуются большой энергией связи (5…6 эВ). Интенсивные исследования широкозонных полупроводниковых материалов проводятся с 60-х годов [2].

Предпосылками для разработки нового типа полупроводниковых приборов послужили невозможность применения ранее разработанных приборов на основе кремния и германия для работы с сигналами на сверхвысоких частотах, а также необходимость расширения температурного диапазона приборов и повышение их удельной мощности.  

Применение широкозонных полупроводников в качестве материала для производства полупроводниковых приборов началось относительно недавно. Первые демонстрации эффективных транзисторных гетероструктур AlGaN/GaN, выявляющие их основные преимущества и перспективы, относятся к началу 1990-х годов. В конце 1990-х годов появляются первые образцы компонентов, одновременно формируются и начинают выполняться военные и государственные программы развития данного направления.