第三代半導體中大概分為GaAs與SiC兩個族群(註:另有ZnSe半導體,但目前算冷門),其中SiC半導體也逐漸在國內被製造,多半是以三吋或四吋晶圓來製作,但國外已經以五吋或六吋晶圓來製作。第三代半導體與第一代及第二代半導體(註:第一代半導體是Si、Ge半導體,第二代半導體是GaAs、InP半導體)是平行發展的技術,並不是第三代半導體是用來改良與取代第一代及第二代半導體。進一步地,第三代半導體與第一代及第二代半導體的應用領域大不相同。簡單地說,不會因為第三代半導體的使用,就會淘汰第一代及第二代半導體。
SiC鮮少存在於天然中,SiC多半是透過人工製造合成。然而,人工合成的SiC仍然面臨著製造成本高與產量少的問題,且目前各國多半會將SiC作為戰略資源而管制出口。因應於高壓操作的需求,SiC半導體主要是應用於功率半導體,且特別是,電動車開始發展後,SiC半導體更受到大家的重視。以往Si半導體的耐壓,多半小於300伏特,這對需要千伏特級的電動車充電零件難以適用,因此,能夠抗高溫高壓的SiC半導體便因此產生,因為SiC半導體的耐壓甚至可以超過1.2千伏特。
SiC半導體基本與Si半導體差異不多,例如下圖為一個N型的SiC電晶體,其差異僅在於,以往的P型基板被SiC基板所取代。因為,整片基板佔據半導體的大部分體積,因此,在SiC材料已經偏貴的情況下,SiC半導體也難以便宜。另外一方面,SiC電晶體的供應電壓必須以不對稱方式設計,例如正負電壓必須連接20伏特與負5伏特,因此,電源供應電路通常必須要重新設計。再者,因為供應電壓必須以不對稱方式設計,這也導致與SiC半導體一起工作的其他Si半導體的元件在接地設計上必須有特別的布局或設計。
初心專利商標事務所 黃富源專利師
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SiC的N型電晶體(圖片由Wiki的NMOS的圖修改)