مقدمة إلى الجيل الثالث من أشباه الموصلات GaN والتكنولوجيا الفوقي ذات الصلة

1. أشباه الموصلات من الجيل الثالث

تم تطوير تقنية أشباه الموصلات من الجيل الأول بناءً على مواد أشباه الموصلات مثل Si وGe. إنه الأساس المادي لتطوير الترانزستورات وتكنولوجيا الدوائر المتكاملة. وضعت مواد أشباه الموصلات من الجيل الأول الأساس للصناعة الإلكترونية في القرن العشرين وهي المواد الأساسية لتكنولوجيا الدوائر المتكاملة.

تشتمل مواد أشباه الموصلات من الجيل الثاني بشكل أساسي على زرنيخيد الغاليوم وفوسفيد الإنديوم وفوسفيد الغاليوم وزرنيخيد الإنديوم وزرنيخيد الألومنيوم ومركباتها الثلاثية. تعد مواد أشباه الموصلات من الجيل الثاني أساس صناعة المعلومات الإلكترونية الضوئية. وعلى هذا الأساس، تم تطوير الصناعات ذات الصلة مثل الإضاءة والعرض والليزر والطاقة الكهروضوئية. يتم استخدامها على نطاق واسع في تكنولوجيا المعلومات المعاصرة وصناعات العرض الإلكترونية البصرية.

تشمل المواد التمثيلية لمواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث نيتريد الغاليوم وكربيد السيليكون. نظرًا لفجوة النطاق الواسعة، وسرعة انجراف التشبع الإلكتروني العالية، والتوصيل الحراري العالي، وقوة مجال الانهيار العالية، فهي مواد مثالية لإعداد أجهزة إلكترونية عالية الكثافة وعالية التردد ومنخفضة الخسارة. من بينها، تتميز أجهزة الطاقة من كربيد السيليكون بمزايا كثافة الطاقة العالية، واستهلاك الطاقة المنخفض، والحجم الصغير، ولها آفاق تطبيق واسعة في مركبات الطاقة الجديدة، والخلايا الكهروضوئية، والنقل بالسكك الحديدية، والبيانات الضخمة، وغيرها من المجالات. تتمتع أجهزة الترددات اللاسلكية من نيتريد الغاليوم بمزايا التردد العالي والطاقة العالية وعرض النطاق الترددي الواسع والاستهلاك المنخفض للطاقة والحجم الصغير، ولها آفاق تطبيق واسعة في اتصالات 5G وإنترنت الأشياء والرادار العسكري وغيرها من المجالات. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام أجهزة الطاقة المعتمدة على نيتريد الغاليوم على نطاق واسع في مجال الجهد المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، في السنوات الأخيرة، من المتوقع أن تشكل مواد أكسيد الغاليوم الناشئة تكاملًا تقنيًا مع تقنيات SiC وGN الحالية، ولها آفاق تطبيق محتملة في المجالات المنخفضة التردد والجهد العالي.

بالمقارنة مع مواد أشباه الموصلات من الجيل الثاني، فإن مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث لها عرض فجوة نطاق أوسع (يبلغ عرض فجوة النطاق لـ Si، وهي مادة نموذجية لمادة أشباه الموصلات من الجيل الأول، حوالي 1.1 فولت، وعرض فجوة النطاق لـ GaAs، وهو عرض نموذجي تبلغ قوة مادة الجيل الثاني من أشباه الموصلات حوالي 1.42 فولت، وعرض فجوة النطاق لـ GaN، وهي مادة نموذجية من مادة أشباه الموصلات من الجيل الثالث، أعلى من 2.3eV)، ومقاومة إشعاع أقوى، ومقاومة أقوى لانهيار المجال الكهربائي، ومقاومة أعلى لدرجات الحرارة. تعد مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث ذات عرض فجوة النطاق الأوسع مناسبة بشكل خاص لإنتاج أجهزة إلكترونية مقاومة للإشعاع وعالية التردد وعالية الطاقة وعالية الكثافة التكاملية. وقد جذبت تطبيقاتها في أجهزة الترددات الراديوية بالموجات الدقيقة، ومصابيح LED، والليزر، وأجهزة الطاقة وغيرها من المجالات الكثير من الاهتمام، وأظهرت آفاقًا واسعة للتنمية في مجال الاتصالات المتنقلة، والشبكات الذكية، والنقل بالسكك الحديدية، ومركبات الطاقة الجديدة، والإلكترونيات الاستهلاكية، والأشعة فوق البنفسجية والأزرق. -أجهزة الضوء الأخضر [1].