Was ist GaN?
GaN (Galliumnitrid) ist ein Verbindungshalbleiter, der aus Gallium (Ga) und Stickstoff (N) besteht.
Ein Verbindungshalbleiter ist eine Art von Halbleiter, der aus zwei oder mehr Elementen besteht, die miteinander verbunden sind.
Andere Verbindungshalbleiter sind SiC (Siliziumkarbid), GaAs (Galliumarsenid) und InAs (Indiumarsenid).
GaN bietet im Vergleich zu Si überlegene physikalische Eigenschaften wie hohe Temperaturtoleranz, Hochgeschwindigkeitsbetrieb, kritische Betriebsspannung und geringen Stromverbrauch.
Gleichzeitig werden GaN und SiC als Halbleiter mit breitem Bandabstand eingestuft, da dieser größer als bei Si ist. Ein größerer Bandabstand führt zu einer höheren potenziellen Durchbruchspannung.
Hier klicken für eine Vergleichstabelle der physikalischen Eigenschaften von Halbleitern >
Elektronenbeweglichkeit (cm2/Vs): GaN (2DEG=zweidimensionales Elektronengas) 1500 bis 2001
Bandabstand
Die Energie, die ein Elektron besitzen kann, entspricht bestimmten Werten, die mit Energieniveaus, den so genannten Elektronenorbitalen (s-, p-Orbital), verbunden sind. Dieser Bereich von Energieniveaus bildet ein sogenanntes Energieband.
Genauer gesagt wird das Energieband mit den höheren Energieniveaus als Leitungsband bezeichnet, während das Energieband mit den niedrigeren Energieniveaus als Valenzband bezeichnet wird.
Darüber hinaus gibt es zwischen den Energiebändern einen Bereich, in dem keine Elektronen existieren können, die so genannte verbotene Zone, deren Energiedifferenz zwischen der oberen und unteren Grenze als Bandlücke bezeichnet wird.
Mit anderen Worten, die Bandlücke ist die Energie, die ein Elektron benötigt, um vom Valenzband in das Leitungsband überzugehen.
Si hat eine Bandlücke von 1,12 eV, SiC eine Bandlücke von 3,26 eV und GaN eine Bandlücke von 3,5 eV.
Die Einheit für die Bandlücke ist eV (Elektronenvolt). Sie ist definiert als „die Energie, die ein Elektron gewinnt, wenn es durch eine Spannung von 1 V beschleunigt wird", wobei 1 eV ungefähr 1,602×10-19J entspricht.
Mit steigender Temperatur kann es zu einem Phänomen kommen, bei dem Elektronen aufgrund von Wärmeenergie vom Valenzband in das Leitungsband übergehen, was zu einem unerwünschten Verhalten führt.
Für den Übergang der Elektronen benötigen Halbleiter mit breiter Bandlücke wie GaN und SiC mehr thermische Energie als Si. Dadurch können SiC und GaN höhere Durchbruchsspannungen erreichen.