宽禁带半导体材料的电力电子器件研究进展

禁带宽度（Band gap）是指一个能带的宽度[单位是电子伏特（eV）]。晶体中电子的能量是不连续的，而是一些不连续的能带。能带与能带之间隔离着禁带，要导电就要有自由电子存在。自由电子存在的能带称为导带（能导电）。被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。禁带非常窄的物体就成为金属了，反之则成为绝缘体。半导体的反向耐压、正向压降都和禁带宽度有关。

锗的禁带宽度为0.785eV；硅的禁带宽度为1.12eV；砷化镓的禁带宽度为1.424eV。而宽禁带半导体材料是指禁带宽度在3.0eV左右及以上的半导体材料，典型的有碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石等材料。

宽禁带半导体有许多优点，如宽禁带、高熔点、高临界雪崩击穿电场强度、较高的热导率、小的介电常数、大的激子束缚能，以及较强的极化效应等。通常所说的宽禁带半导体还包括III～V族化合物半导体中的4种氮化物（即BN、AlN、GaN、InN，统称III～N化合物）及其固溶物、II～VI族化合物半导体中的ZnS、ZnXe、ZnTe及其固溶物以及氧化物半导体中的ZnO及其固溶体等。但并不是所有的宽禁带半导体材料都具有这些特点，ZnS、ZnXe、ZnTe及其固溶物由于其无法形成PN结，且其热导率较低而不适合作为电力电子器件材料，ZnO是一种具有六方体结构的自激活宽禁带半导体材料，室温下的禁带宽度为3.36eV，且其激子结合能达到60meV，另外它来源丰富、价格便宜，因此具有很高的开发价值，但目前还主要停留在制备太阳电池和紫外线探测器的应用上。(www.xing528.com)

基于宽禁带半导体材料（如碳化硅、氮化镓、金刚石等）的电力电子器件将具有比硅器件高得多的耐受高电压的能力、低得多的通态电阻、更好地导热性能和热稳定性以及更强的耐受高温和射线辐射的能力，许多方面的性能都是成数量级的提高。现在已被称为是继锗（Ge）、硅（Si）等元素半导体材料及砷化镓（CaAs）、磷化铟（InP）等化合物半导体材料之后的，很有发展前景的第三代半导体材料。