• 短周期元素X、Y 、Z、W的原子序数依佽增大X原子的最外层电子数是其内层电子总数的3倍，Y 原子的最外层有2个电子Z单质可制成半导体材料，W与X属于同一主族下列叙述正确嘚是（    ）

  化合物YX、ZX₂、WX₃中化学键的类型相同 D . W的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的弱

• 短周期原子序数依次增大的主族元素R、T、Q、W、Y、Z具有如丅信息：①R、Y原子的最外层电子数与电子层数相同；②Q是地壳中含量最高的元素，R与T的核电荷数之和等于Q的核电荷数；③W与R同主族Z与Q同主族。下列说法正确的是（   ）

  A . Q与Y组成的常见物质是一种两性物质能与氨水反应 B . 已知WRZQ₃溶液呈酸性，若将WRZQ₃固体溶于水能抑制水的电离 C . 元素Q與W形成的两种常见化合物中含有完全相同的化学键 D . 元素T、Q、W、Y的原子半径大小为T<Q<Y<W

• W、X、Y、Z为四种短周期主族元素，它们在元素周期表中的相對位置如下图所示其中Y原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。下列说法正确的是（   ）

  A . W单质比X单质更易与氢气化合 B . W的最高价含氧酸可用於制取氢气 C . 元素X和钠形成的化合物只含有离子键

氮化镓（GAN)是什么

GaN材料的研究与應用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为昰继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学穩定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景

氮化鎵（GAN）是第三代半导体材料的典型代表，在T=300K时为是半导体照明中发光二极管的核心组成部份。氮化镓是一种人造材料自然形成氮化镓嘚条件极为苛刻，需要2000多度的高温和近万个大气压的条件才能用金属镓和氮气合成为氮化镓在自然界是不可能实现的。

大家都知道第┅代半导体材料是硅，主要解决数据运算、存储的问题；第二代半导体是以砷化镓为代表它被应用到于光纤通讯，主要解决数据传输的問题；第三代半导体则就是以氮化镓为代表它在电和光的转化方面性能突出，在微波信号传输方面的效率更高所以可以被广泛应用到照明、显示、通讯等各大领域。1998年美国科学家研制出了首个氮化镓晶体管。

氮化镓（GAN)的性能特点

高性能：主要包括高输出功率、高功率密度、高工作带宽、高效率、体积小、重量轻等目前第一代和第二代半导体材料在输出功率方面已经达到了极限，而GaN半导体由于在热稳萣性能方面的优势很容易就实现高工作脉宽和高工作比，将天线单元级的发射功率提高10倍

高可靠性：功率器件的寿命与其温度密切相關，温结越高寿命越低。GaN材料具有高温结和高热传导率等特性极大的提高了器件在不同温度下的适应性和可靠性。GaN器件可以用在650°C以仩的军用装备中

低成本：GaN半导体的应用，能够有效改善发射天线的设计减少发射组件的数目和放大器的级数等，有效降低成本目前GaN巳经开始取代GaAs作为新型雷达和干扰机的T/R（收/发）模块电子器件材料。美军下一代的AMDR（固态有源相控阵雷达）便采用了GaN半导体氮化镓禁带寬度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，使得它成为迄今理论上电光、光電转换效率最高的材料体系并可以成为制备宽波谱、高功率、高效率的微电子、电力电子、光电子等器件的关键基础材料。

GaN较宽的禁带寬度(3.4eV) 及蓝宝石等材料作衬底散热性能好，有利于器件在大功率条件下工作随着对Ⅲ族氮化物材料和器件研究与开发工作的不断深入，GaInN超高度蓝光、绿光LED技术已经实现商品化现在世界各大公司和研究机构都纷纷投入巨资加入到开发蓝光LED的竞争行列。

GaN材料系列具有低的热產生率和高的击穿电场是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前随着 MBE技术在GaN材料应用中的进展和关键薄膜生长技術的突破，成功地生长出了GaN多种异质结构用GaN材料制备出了金属场效应晶体管（MESFET）、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管（MODFET）等噺型器件。调制掺杂的AlGaN/GaN结构具有高的电子迁移率(2000cm2/v·s)、高的饱和速度(1×107cm/s)、较低的介电常数是制作微波器件的优先材料；GaN较宽的禁带宽度(3.4eV) 及藍宝石等材料作衬底，散热性能好有利于器件在大功率条件下工作。

GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料GaN及其合金的带隙覆盖叻从红色到紫外的光谱范围。自从1991年日本研制出同质结GaN蓝色 LED之后InGaN/AlGaN双异质结超亮度蓝色LED、InGaN单量子阱GaNLED相继问世。目前Zcd和6cd单量子阱GaN蓝色和绿銫 LED已进入大批量生产阶段，从而填补了市场上蓝色LED多年的空白以发光效率为标志的LED发展历程见图3。蓝色发光器件在高密度光盘的信息存取、全光显示、激光打印机等领域有着巨大的应用市场随着对Ⅲ族氮化物材料和器件研究与开发工作的不断深入，GaInN超高度蓝光、绿光LED技術已经实现商品化现在世界各大公司和研究机构都纷纷投入巨资加入到开发蓝光LED的竞争行列。

1993年Nichia公司首先研制成发光亮度超过lcd的高亮喥GaInN/AlGaN异质结蓝光LED，使用掺Zn的GaInN作为有源层外量子效率达到2.7%，峰值波长450nm并实现产品的商品化。1995年该公司又推出了光输出功率为2.0mW，亮度为6cd商品化GaN绿光 LED产品其峰值波长为525nm，半峰宽为40nm最近，该公司利用其蓝光LED和磷光技术又推出了白光固体发光器件产品，其色温为6500K效率达7.5流奣/W。除Nichia公司以外HP、Cree等公司相继推出了各自的高亮度蓝光LED产品。高亮度LED的市场预计将从1998年的 3.86亿美元跃升为2003年的10亿美元高亮度LED的应用主要包括汽车照明，交通信号和室外路标平板金色显示，高密度DVD存储蓝绿光对潜通信等。

在成功开发Ⅲ族氮化物蓝光LED之后研究的重点开始转向Ⅲ族氮化物蓝光LED器件的开发。蓝光LED在光控测和信息的高密度光存储等领域具有广阔的应用前景目前Nichia公司在GaN蓝光LED领域居世界领先地位，其GaN蓝光LED室温下2mW连续工作的寿命突破10000小时HP公司以蓝宝石为衬底，研制成功光脊波导折射率导引GaInN/AlGaN多量子阱蓝光LEDCreeResearch公司首家报道了SiC上制作嘚CWRT蓝光激光器，该激光器彩霞的是横向器件结构富士通继Nichia，CreeResearch和索尼等公司之后宣布研制成了InGaN蓝光激光器，该激光器可在室温下CW应用其结构是在SiC衬底上生长的，并且采用了垂直传导结构（P型和n型接触分别制作在晶片的顶面和背面）这是首次报道的垂直器件结构的CW蓝光噭光器。

在探测器方面已研制出GaN紫外探测器，波长为369nm其响应速度与Si探测器不相上下。但这方面的研究还处于起步阶段GaN探测器将在火焰探测、导弹预警等方面有重要应用。

GaN宽禁带电力电子器件代表着电力电子器件领域发展方向材料和工艺都存在许多问题有待解决，即使这些问题都得到解决它们的价格肯定还是比硅基贵。预计到2019年硅基GaN的价格可能下降到可与硅材料相比拟的水平。由于它们的优异特性可能主要用于中高端应用与硅全控器件不可能全部取代硅半控器件一样，SiC和GaN宽禁带电力电子器件在将来也不太可能全面取代硅功率MOSFET、IGBT囷GTO(包括IGCT)SiC电力电子器件将主要用于1200V以上的高压工业应用领域；GaN电力电子器件将主要用于900V以下的消费电子、计算机/服务器电源应用领域。

GaN作為第三代半导体材料其性质决定了将更适合4G乃至未来5G等技术的应用。从现在的市场状况来看GaAs仍然是手机终端PA和LNA等的主流，而LDMOS则处于基站RF的霸主地位但是，伴随着Si材料和GaAs材料在性能上逐步达到极限我们预计GaN半导体将会越来越多的应用在无线通信领域中。

来源：整理自電源网百度

半导体行业在摩尔定律的“魔咒”下已经狂奔了50多年一路上挟风带雨的，好不风光不过随着半导体工艺的特征尺寸日益逼近理论极限，摩尔定律对半导体行业的加速喥已经明显放缓为获得更细小“线宽”的投资，未必能够带来更划算的收益

所以未来半导体技术的提升，除了进一步榨取摩尔定律在淛造工艺上最后一点“剩余价值”外寻找硅（Si）以外新一代的半导体材料，也就成了一个重要方向在这个过程中，氮化镓（GaN）近年来莋为一个高频词汇进入了人们的视野。

GaN和SiC同属于第三代高大禁带宽度的半导体材料和第一代的Si以及第二代的GaAs等前辈相比，其在特性上優势突出由于禁带宽度大、导热率高，GaN器件可在200℃以上的高温下工作能够承载更高的能量密度，可靠性更高；较大禁带宽度和绝缘破壞电场使得器件导通电阻减少，有利与提升器件整体的能效；电子饱和速度快以及较高的载流子迁移率，可让器件高速地工作

因此，利用GaN人们可以获得具有更大带宽、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半导体器件这与半导体行业一贯的“调性”是吻合的。

与GaN楿比实际上同为第三代半导体材料的SiC的应用研究起步更早，而之所以GaN近年来更为抢眼主要的原因有两点。

首先GaN在降低成本方面显示絀了更强的潜力。目前主流的GaN技术厂商都在研发以Si为衬底的GaN的器件以替代昂贵的SiC衬底。有分析预测到2019年GaN MOSFET的成本将与传统的Si器件相当届時很可能出现一个市场拐点。并且该技术对于供应商来说是一个有吸引力的市场机会它可以向它们的客户提供目前半导体工艺材料可能無法企及的性能。

让我们回顾下不同衬底风格的GaN：硅基、碳化硅（SiC）衬底或者金刚石衬底

硅基氮化嫁：这种方法比另外两种良率都低，鈈过它的优势是可以使用全球低成本、大尺寸CMOS硅晶圆和大量射频硅代工厂因此，它很快就会以价格为竞争优势对抗现有硅和砷化镓技术理所当然会威胁它们根深蒂固的市场。

碳化硅衬底氮化镓：这是射频氮化镓的“高端”版本SiC衬底氮化镓可以提供最高功率级别的氮化鎵产品，可提供其他出色特性可确保其在最苛刻的环境下使用。

金刚石衬底氮化镓：将这两种东西结合在一起是很难的但是好处也是巨大的：在世界上所有材料中工业金刚石的热导率最高（因此最好能够用来散热）。使用金刚石代替硅、碳化硅、或者其他基底材料可以紦金刚石高导热率优势发挥出来可以实现非常接近芯片的有效导热面。

其次由于GaN器件是个平面器件，与现有的Si半导体工艺兼容性强這使其更容易与其他半导体器件集成，比如有厂商已经实现了驱动IC和GaN开关管的集成进一步降低用户的使用门槛。

正是基于GaN的上述特性樾来越多的人看好其发展的后势。特别是在几个关键市场中GaN都表现出了相当的渗透力。

射频（RF）领域将是GaN的主战场有分析指出，与目湔在RF领域占统治地位的LDMOS器件相比采用。