以碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬頻隙半導體材料（wide-bandgap materials）在長期以來一直以矽為主導的市場中逐漸流行起來。寬頻隙材料的興起向我們說明了研究與工程之間的關係是什麼？

BBC在2004年報導說，科學家已經使用雷射實現了原子級的「電信號傳輸」。該文章指出，這種現象將允許量子數據存儲在「明天（tomorrow）的計算機」中。

我不確定「明天（tomorrow）」到底是什麼意思，但是那是15年前了，直到今天我還沒有看到用於將數據存儲為量子位的微控制器或存儲晶片的廣告。

同年，IBM Almaden研究中心主任對一位斯坦福新聞記者說，自旋電子器件有可能「像50年前的電晶體一樣，徹底改變電子工業。」

我想知道有多少電氣工程師知道「自旋電子學」的含義。無論如何，如果確實存在革命，它顯得非常低調。

然後是鑽石（diamond）。過去，我們討論了一些研究人員如何爭奪鑽石以取代矽作為電源和傳感器半導體材料。

儘管對於鋸片，拋光設備和結合提議無疑是有用，但其在未來半導體中的地位只是在理論上仍然是非常重要的。

這些示例提醒我們，許多（或大多數？）工程研究項目不會顯著影響專業工程師執行的設計工作。

這並不意味著這樣的研究沒有價值，但是它確實表明，想要保持知識和技能最新的工程師最好閱讀應用說明或新發布的數據表，而不是由研究人員撰寫的新聞稿。

WBG是一個例外嗎？

術語「寬頻隙（WBG，wide-bandgap）半導體」是指可以用作半導體但價帶間導帶能隙比矽大的材料。

在AAC教科書中的「固體帶理論」中更詳細地討論了價帶間導帶的能隙。

這意味著需要更多的能量才能使電子反彈到允許電流流動的狀態。

半導體物質中電子能帶分離的圖像。上面的圖片來自AAC教材的固體能帶理論

較高的能量需求使WBG材料更像絕緣體，這似乎是一個缺點。

但是，在半導體設計的背景下，WBG材料通過允許器件在更高的溫度，電壓和頻率下工作而帶來了很多好處。

與許多其他實驗室想法並沒有出現在工程師的實際工具箱中不同，碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）真正改變了整個行業，使設計人員獲得了在我們選擇矽時無法實現的性能。

適用於大功率和高頻應用的WBG旗艦

最成熟的WBG材料是SiC。它已經廣泛用於製造開關器件，例如MOSFET和晶閘管中。

GaN具有作為功率半導體器件的潛力，並且在射頻應用中是對基於矽的器件的重大改進。

Cree推出了首款商用SiC功率MOSFET，並確認這種WBG材料具有更高的熱導率，可以在較小的封裝中提供更高的電流，以及更高的臨界擊穿場，從而可以實現更低的導通狀態漏-源電阻。

Microchip和ROHM已發布了新的SiC MOSFET和二極體，我們還看到了英飛凌，意法半導體和安森美半導體的投資，特別是在汽車電源設計方面。

我們之前通過分析Cree的MOSFET C3M0075120K討論了碳化矽（SiC）FET的優缺點。圖片由Wolfspeed提供

ADI公司已經生產出用於高頻應用的GaN器件，並相信這種材料將有助於設計人員減小尺寸和重量，同時實現更高的效率和擴展帶寬。

該圖傳達了寬頻隙半導體提供的高功率/高頻性能組合。圖片由Analog Devices提供

前方的道路

10月初，透明市場研究公司發布了有關寬頻隙半導體的市場研究報告。

他們預測，未來八年寬頻隙半導體的複合年增長率將達到22％，其中最強勁的發展將發生在亞太和北美市場。

這種增長的很大一部分將由混合動力/電動汽車領域所推動，但諸如電源，電動機驅動器和風力渦輪機等應用也將占主導地位。

在這一點上，看來WBG半導體確實將改變電氣工程師設計電路的方式。

SiC和GaN器件正變得越來越便宜且得到越來越廣泛的應用，它們提供的性能是矽，矽鍺或砷化鎵等半導體材料所無法實現的。

你怎麼看？ WBG器件的激增是電子的「革命」，還是半導體技術長期逐步改進的又一篇章？