寬帶隙半導(dǎo)體與硅集成電路到底誰比較優(yōu)秀

　　50多年前硅（Si）集成電路的發(fā)明意義重大，為我們當(dāng)前所享受的現(xiàn)代計算機和電子產(chǎn)品時代鋪平了道路。但是正如俗話所說，天下沒有不散的筵席，現(xiàn)在存在疑問的是，硅在半導(dǎo)體行業(yè)的霸主地位將何時終結(jié)？據(jù)摩爾定律預(yù)測，一個芯片上集成的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番。對于傳統(tǒng)的硅計算來說，摩爾定律不可能無限期持續(xù)，主要因為封裝如此大量晶體管而導(dǎo)致的散熱問題，以及工藝持續(xù)縮放而帶來泄漏問題。同樣，在功率電子領(lǐng)域，為滿足市場需求，使用硅的新器件年復(fù)一年地實現(xiàn)更大的功率密度和能效，已經(jīng)越來越成為一個巨大的挑戰(zhàn)。從本質(zhì)上講，芯片的演進已經(jīng)接近其基礎(chǔ)物理極限。根據(jù)一些專家的說法，留給我們榨取硅潛能的時間只有不到十年了，到時將迎來其理論極限。在計算方面，仍采用了諸多努力，如納米技術(shù)和三維芯片，來延長硅的摩爾定律周期，盡管目前已經(jīng)有了后硅時代的其它選擇：分子計算和量子計算。在功率半導(dǎo)體方面，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN），兩者都是寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體，已經(jīng)成為進步有些放緩的高功高溫硅細分市場的首選方案。以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）和氧化鋅（ZnO）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體是繼硅和砷化鎵（GaAs）之后的第三代半導(dǎo)體材料，具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特點，可實現(xiàn)高壓、高溫、高頻、大功率、抗輻射微波毫米波器件和短波長光電半導(dǎo)體器件。寬禁帶半導(dǎo)體是新一代雷達、通信、電子對抗系統(tǒng)最關(guān)鍵的半導(dǎo)體器件，也是新一代半導(dǎo)體照明關(guān)鍵的器件。因為具備比硅高出約10倍的傳導(dǎo)和開關(guān)特性，WBG材料是功率電子的最佳選擇，可以生成更小、更快、更高效的器件，相對于硅器件，這種WGB器件承受的電壓和溫度都更高。這些特性，連同更好的耐用性和更高的可靠性一起，促使WBG功率器件成為當(dāng)前重要新興應(yīng)用的關(guān)鍵助燃劑，如混動汽車、電動汽車以及可再生能源發(fā)電和存儲。WBG功率器件還可以提升現(xiàn)有應(yīng)用表現(xiàn)，特別是在效率增益方面。Yole Developpment研究估計，采用SiC或者GaN取代硅可將DC-DC的轉(zhuǎn)換效率從85%增加到95%;將AC到DC的轉(zhuǎn)換效率從85%提高至90%;并將DC到AC轉(zhuǎn)換效率從96%優(yōu)化到99%。