功率半导体和5G的新宠-《GaN和SiC》：Part-2 （转）
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才讲完SiC和GaN的一些概论，赶快乘热把器件工作原理都讲完吧，不然又该落下了。再次谢谢给我鼓励和给我资料的朋友们。
从上一份总结里面已经说明SiC和GaN都是宽禁带半导体材料，而且禁带宽度都几乎是Silicon的三倍，所以都非常适合功率器件，而且饱和载流子速度都几乎是硅的10倍，所以他们都非常适合做High frequency的RF器件。而从下面的对比可以看出SiC和GaN有一个很大很大的区别是导热系数，GaN和Silicon几乎差不多，而SiC超好，几乎是GaN和Si的三倍以上，这就决定了在高功率应用领域SiC肯定就占领了绝对统治地位，散热问题就解决了，而且抗高温。
所以在低功率和高频率的应用领域里，GaN就可以PK掉SiC了。在半导体器件里面用到的GaN都是在高温下(~1100C)通过MOCVD或者MBE(分子束外延)的方式来生长的，目前业界有两种衬底可供外延或MOCVD，一种是GaN-on-SiC，另一种是GaN-on-Silicon。前者以SiC为衬底的GaN主要应用于高功率和高频(high RF)领域，主要得益于SiC的高导热率以及低RF loss，但是受限于SiC的衬底只能限制在6寸，所以目前8寸还没有推广。而GaN-on-Si自然就比不上了，但是他便宜啊，而且可以做8寸，产能和成本都非常有竞争力，所以在5G消费类市场上应该很有竞争力有望全面取代硅基LDMOS。【Qorvo】
除了GaN-on-Si和GaN-on-SiC，还有一种GaN-on-Sapphire (蓝宝石/Al2O3)，衬底比较便宜而且能抗得住高温外延。但是蓝宝石衬底的导热性非常非常差，几乎是硅衬底的千分之一，而且他的晶格失配以及热膨胀系数也很大。而这些缺点似乎SiC都完胜，唯一的就是SiC太贵了。
首先来说说GaN晶体管的工作原理吧，我们都知道GaN是属于异质结 HEMT，所以他的工作离不开异质结(Heterojunction)，不是硅基的PN结哦。这个异质结就是利用一种比GaN禁带宽度更高的AlGaN与GaN组合在一起，由于AlGaN和GaN的异质结存在两种极化效应：自发计划(RSP)和压电极化(RPE)。其中自发极化主要来自化合物半导体自己的原子核与最外层电子的库伦引力，由于N原子表面被吸附了很多的电子，所以库伦引力比较强，所以GaN结构的非对称的纤维锌矿GaN晶体结构引起的自发极化，而压电极化主要来自晶格失配的外部应力带来的极化电荷，正式由于这两种极化共同作用，所以在AlGaN和GaN的界面处产生极化静电荷。
