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      本文着眼于砷化镓，探讨它与其他流行的半导体材料的比较，并探讨利用每种材料的不同组件。

      硅长期以来一直是半导体的关键材料。然而，砷化镓，以及其他化合物，如氮化镓和碳化硅，现在正分享这一阶段。那么什么是砷化镓，它与其他化合物有何不同？让我们探索这种化合物，看看它是如何被用作半导体材料的。

什么是砷化镓？

      砷化镓(GaAs)是由元素镓和砷构成的化合物。它通常被称为ⅲ-ⅴ族化合物，因为镓和砷分别属于元素周期表的ⅲ族和ⅴ族。

砷化镓化合物

图1 砷化镓化合物，棕色代表镓，紫色代表砷  

      砷化镓的使用不是一项新技术，事实上，自20世纪70年代以来，国防高级研究计划局一直在资助这项技术的研究。虽然硅基技术已经成为“微电子革命的支柱，但GaAs电路在更高的频率和信号放大功率下运行，这使得一个由手掌大小的手机连接的世界变得切实可行。”

      砷化镓在20世纪80年代导致了全球定位系统接收器的小型化。这使得在此期间进入美国武库的激光制导精确弹药成为可能。

不同半导体材料的带隙

      在不深入理论物理的情况下，一种材料的能带会填补材料原子壳层之间的空间。更大的空间意味着需要更多的能量来让半导体的电子“跳跃”到下一个壳层，并使半导体转变为导电状态。正如我们将看到的，这有许多重要的影响。

比较GaAs、硅、碳化硅和氮化镓的带隙

      凭借高电子迁移率，GaAs制造的半导体器件可以在数百千兆赫的频率下工作。

       虽然不是真正意义上的“宽带隙”材料，但GaAs确实比硅具有高得多的带隙。至关重要的是，这使得GaAs高度抗辐射，因此是国防和航空应用的绝佳选择。另一个卖点是，GaAs设备更耐热，释放的电磁干扰更少。

      GaAs的特点是直接带隙，而不是硅的间接带隙。正因为如此，GaAs能比那些硅材料更有效地发光。这使得GaAs发光二极管明显优于那些由硅构成的发光二极管。 

      硅的一个主要优势是，在大规模制造的现实世界中，硅更容易使用。硅有一种“天然氧化物”，即二氧化硅。这种现成的绝缘体是制造硅器件的无价之宝。GaAs没有模拟。

氮化镓和碳化硅

如下所述，碳化硅和氮化镓的带隙明显超过硅和GaAs的带隙。

带隙的比较

碳化硅可用于制造高电压、高功率、高频工作的功率MOSFETs。它们可以耐受高温，并且具有随温度稳定的RDS(开)值。RDS是从漏极到源极的电阻，在任何电源应用中都是一个极其关键的参数。

碳化硅

图2 碳化硅

氮化镓的带隙甚至比碳化硅更高，电子迁移率也更高。该技术固有的较低输出和栅极电容进一步支持高速操作。氮化镓器件缺乏硅基器件固有的体二极管。这有助于消除恢复损耗、提高运行效率和减少电磁干扰。

氮化镓

图3 氮化镓 

      碳化硅可用于制造高电压、高功率、高频工作的功率MOSFETs。它们可以耐受高温，并且具有随温度稳定的RDS(开)值。RDS是从漏极到源极的电阻，在任何电源应用中都是一个极其关键的参数。

      氮化镓的带隙甚至比碳化硅更高，电子迁移率也更高。该技术固有的较低输出和栅极电容进一步支持高速操作。氮化镓器件缺乏硅基器件固有的体二极管。这有助于消除恢复损耗、提高运行效率和减少电磁干扰。 

       集成栅极驱动器专门调谐到氮化镓器件，实现快速驱动，而不会在栅极上振铃。它为原始设备制造商节省了时间、空间和物料清单成本，并通过提供过流和过温保护来防止故障。

砷化镓是比硅更好的选择吗？ 略

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