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常用功率半导体器件的材料特性

半导体材料特性参数表

从最常用的硅(Si)材料,直至宽禁带甚至超宽禁带的半导体基材,其种类繁多,这里我们只是列举一些我们常用功率半导体材料的特性参数,如下表是硅(Si)、碳化硅(专指4H-SiC)和氮化镓(GaN)材料的特性参数,表中材料参数也代表了以这些材料为基础的器件本身特性,我们后面会列举这些参数对应其器件的本身特性。

<常用半导体材料特性参数表>

特性参数解释

热传导率λ:也称为热导系数,是物质导热能力的量度,表征了物质传导热的能力,其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量,热导率的单位为瓦每米开尔文-W/(m·K)。

什么是禁带、禁带宽度、价带和导带?

首先了解一下半导体器件涉及到的固体物理相关知识,简单介绍一下与之紧密相关的能带理论知识,因为以下几个定义是界定绝缘体、半导体以及导体的基础。

(1)禁带和禁带宽度:价带最高能级与导带最低能级之间的能量间隙,禁止电子存在的禁区,代表了电子禁区,即为禁带;绝对零度T=0K(-273.15℃)即热力学零度时破坏共价键所需要的能量Eg为禁带宽度,禁带宽度是一种能量衡量,单位是电子伏(eV)

1eV=1.602 x 10-19J

(2)价带:通常是指半导体或绝缘体中,在绝对零度T=0K下,能被电子占满的最高能带,即是能量最高的电子占据带,也是导带下的第一个能带,是由价电子分裂的能带。从费米能级来看是最高层充满电子的能带,具有的能量低于费米能级EF时被称为价带,描述价带最大能量用价带顶EV,其中V代表价(Value)含义。

(3)导带:自由电子形成的能量空间,即参与导电的能带,根据晶体种类不同可为未满带或空带;也被称为传导带。从费米能级看,其能量高于费米能级,它是比价带能量更高的能带,即电子未填满的能带。描述导带最低能量用导带底能量用EC表示,其中C代表传导或导电(Conduction)含义。

<导带和价带及禁带宽度>

注:T=0K,这是绝对零度,也就是-273.15℃,如果你听到有人说温度为20K,那么对应我们熟知的温度就为:-273.15℃+20℃也就是0K+20K。

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