Semiconductor de banda ampla

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Model de banda directa: banda de valència, banda prohibida i banda de conducció.
Model de banda indirecta
Comparativa entre diferents materials semiconductors

Semiconductors de banda ampla són els materials semiconductors que tenen una banda prohibida més grossa que els semiconductors convencionals, que tenen una banda prohibida de l'ordre de 1-1,5 electró-volt (eV). mentre que els de banda ampla es troben per damunt de 2 eV. Generalment aquests semiconductors presenten propietats electròniques entre els semiconductors i els aïllants.[1]

Els semiconductors de banda ampla permeten que els dispositius funcionin a tensions, freqüències i temperatures molt més altes que els materials semiconductors convencionals com el silici i l'arsenur de gal·li. Són el component clau utilitzat per fabricar LED o làsers de longitud d'ona curta (verd-UV), i també s'utilitzen en determinades aplicacions de radiofreqüència, sobretot radars militars. Les seves qualitats intrínseques els fan adequats per a una àmplia gamma d'altres aplicacions, i són un dels principals competidors per a dispositius de nova generació per a ús general de semiconductors.

El bandgap més ampli és especialment important per permetre que els dispositius que els utilitzen funcionin a temperatures molt més altes, de l'ordre de 300 °C. Això els fa molt atractius per a aplicacions militars, on han vist una bona quantitat d'ús. La tolerància a l'alta temperatura també significa que aquests dispositius poden funcionar a nivells de potència molt més alts en condicions normals. A més, la majoria dels materials de banda ampla també tenen una densitat de camp elèctric crític molt més alta, de l'ordre de deu vegades la dels semiconductors convencionals. Combinades, aquestes propietats els permeten funcionar a voltatges i corrents molt més alts, cosa que els fa molt valuosos en aplicacions militars, de ràdio i de conversió d'energia.

Semiconductor de banda convencional és el silici (el més emprat en electrònica): [2]

Grup Elem. Material Fórmula Banda (eV) Tipus de Banda Camp elèctric Velocitat electrons Descripció
IV 1 Silici Si 1,12 indirecte 300 KV/cm 10M cm/s Emprat en tot tipus de components electrònics.

Taula amb els principals materials semiconductors de banda ampla: [3][4][5][6]

Grup Elem. Material Fórmula Banda (eV) Tipus de Banda Camp elèctric Velocitat electrons Llum emesa Descripció
IV 1 Diamant C 5.47 indirecte Ultraviolada Excel·lent conductivitat tèrmica i propietats mecàniques i òptiques superiors.
IV 2 Carbur de Silici SiC 2.3-3.3 indirecte 3180 KV/cm 25M cm/s Blava Usat en LEDs blaus i grocs, transistors i diodes.
III-V 2 Nitrur de Bor BN 5.96-6.36 indirecte Útil per a LEDs ultraviolats.
III-V 2 Fosfur d'Alumini AlP 2.45 indirecte
III-V 2 Arsenur d'Alumini AlAs 2.16 indirecte Vermella
III-V 2 Nitrur de Gal·li GaN 3.44 directe 3000 KV/cm 20M cm/s Verda Emprat en LEDs i làsers, transistors
III-V 2 Fosfur de Gal·li GaP 2.26 indirecte Verda Usat en Leds de color vermell/taronja/verd de lluminositat mitjana
II-VI 2 Sulfur de Cadmi CdS 2.42 directe Emprat en fotoresistències i cèl·lules solars.
II-VI, oxide 2 Òxid de Zinc ZnO 3.37 directe Usat en visualitzadors LCD i en panells solars.
II-VI 2 Selenur de Zinc ZnSe 2.7 directe Emprat en LEDs i làsers blaus, també en òptica.
II-VI 2 Sulfur de Zinc ZnS 3.54/3.91 directe Verda
II-VI 2 Telur de Zinc ZnTe 2.3 directe Usat per a aplicacions de molt alta freqüència.
Oxide 2 Òxid de Coure II Cu₂O 2.17 Un dels materials més estuditas, fou emprat en diodes de rectificació.
Oxide 2 Diòxid d'Estany SnO₂ 3.7 Emprar en sensors de gas i com a conductor transparent.
Layered 2 Selenur de Gal·li GaSe 2.1 indirecte Usat en òptica.

GaN on SiC : combinació de diversos materials semiconductors de banda ampla per augmentar prestacions [7]


Alguns exemples d'aplicació:

Fabricants Dispositius
Infineon [8] ST [9] on semi[10] ROHM [11] Transistors, diodes
EPC [12] transphorm [13] UnitedSiC [14] Wise-Integration [15] Innoscience[16]Texas Instruments [17] Navitas [18] GaN Systems [19] Alpha&Omega[20] GaNPower [21] MaxPower [22] Transistors
Marki microwave[23] Circuits equalitzadors i atenuadors
Porotech[24] Pantalles de micro LED

Referències[modifica]

  1. ↑ «Semiconductors: Pursuing the Promise» (en anglès). https://www1.eere.energy.gov.+[Consulta: 26 febrer 2022].
  2. ↑ «Wide bandgap gap Semiconductors» (en anglès). http://semiconductordevice.net.+[Consulta: 26 febrer 2022].
  3. ↑ «The Potential of Wide-Bandgap Semiconductors» (en anglès). https://www.powerelectronicsnews.com/.+[Consulta: 26 febrer 2022].
  4. ↑ «Gallium Nitride (GaN) Technology Overview» (en anglès). https://epc-co.com/epc.+[Consulta: 26 febrer 2022].
  5. ↑ «Emission Wavelength - an overview | ScienceDirect Topics» (en anglès). https://www.sciencedirect.com.+[Consulta: 27 juny 2022].
  6. ↑ «Emission wavelength and Band Gap» (en anglès). www.researchgate.net. [Consulta: 28 juny 2022].
  7. ↑ «StackPath» (en anglès). https://www.mwrf.com.+[Consulta: 18 maig 2022].
  8. ↑ «Infineon and Panasonic accelerate GaN technology development for 650 V GaN power devices» (en anglès). https://www.semiconductorforu.com,+02-09-2021.+[Consulta: 26 febrer 2022].
  9. ↑ N.V, STMicroelectronics. «STMicroelectronics Manufactures First 200mm Silicon Carbide Wafers» (en anglès). https://www.globenewswire.com,+27-07-2021.+[Consulta: 26 febrer 2022].
  10. ↑ Bush, Steve. «Onsemi buys SiC company for more wafer capacity» (en anglès). https://www.electronicsweekly.com,+26-08-2021.+[Consulta: 26 febrer 2022].
  11. ↑ «SiC MOSFETs - Product Search Results | ROHM Semiconductor - ROHM Co., Ltd.» (en anglès). https://www.rohm.com.+[Consulta: 1r abril 2022].
  12. ↑ «EPC Takes on APEC with an Array of GaN Devices and Sessions - News» (en anglès). https://eepower.com.+[Consulta: 26 febrer 2022].
  13. ↑ «Transphorm GaN Power FET Portfolio» (en anglès). https://www.transphormusa.com.+[Consulta: 1r abril 2022].
  14. ↑ «Highest-performance, most efficient SiC FETs.» (en anglès). https://info.unitedsic.com.+[Consulta: 1r abril 2022].
  15. ↑ «Home» (en anglès). www.wise-integration.com. [Consulta: 15 juny 2022].
  16. ↑ «Innoscience-Home» (en anglès). www.innoscience.com. [Consulta: 15 juny 2022].
  17. ↑ «Texas Instruments Gallium Nitride (GaN)» (en anglès). https://eu.mouser.com/.+[Consulta: 26 setembre 2022].
  18. ↑ «GaNFast™ 650 V Single Power ICs» (en anglès). https://www.digikey.com.+[Consulta: 26 setembre 2022].
  19. ↑ «GaN Systems provides a range of Gallium Nitride high power transistors» (en anglès). https://eu.mouser.com.+[Consulta: 26 setembre 2022].
  20. ↑ Flaherty, Nick. «Alpha Omega enters SiC MOSFET market» (en anglès). https://www.eenewspower.com,+20-05-2020.+[Consulta: 7 novembre 2022].
  21. ↑ «GaNPower» (en anglès). https://iganpower.com.+[Consulta: 7 novembre 2022].
  22. ↑ Flaherty, Nick. «Vishay buys SiC MOSFET firm for $50m» (en anglès). https://www.eenewspower.com,+01-11-2022.+[Consulta: 7 novembre 2022].
  23. ↑ «GaAs MMICs in ultra-small form factor chip scale packaging eeNews Europe» (en anglès). https://www.eenewswireless.com,+07-04-2022.+[Consulta: 7 abril 2022].
  24. ↑ Bush, Steve. «UK GaN micro-LED display at San Jose Display Week» (en anglès). https://www.electronicsweekly.com,+04-05-2022.+[Consulta: 4 maig 2022].

Vegeu també[modifica]

Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor_de_banda_ampla&oldid=32482356»