Въведение в трето поколение полупроводников GaN и свързаната с него епитаксиална технология

1. Полупроводници от трето поколение

Първото поколение полупроводникови технологии е разработено на базата на полупроводникови материали като Si и Ge. Това е материалната основа за разработването на транзистори и технология на интегрални схеми. Полупроводниковите материали от първо поколение поставиха основите на електронната индустрия през 20-ти век и са основните материали за технологията на интегралните схеми.

Полупроводниковите материали от второ поколение включват главно галиев арсенид, индиев фосфид, галиев фосфид, индиев арсенид, алуминиев арсенид и техните трикомпонентни съединения. Полупроводниковите материали от второ поколение са в основата на оптоелектронната информационна индустрия. На тази основа са разработени свързани индустрии като осветление, дисплей, лазер и фотоволтаици. Те се използват широко в съвременните индустрии на информационните технологии и оптоелектронните дисплеи.

Представителните материали на полупроводниковите материали от трето поколение включват галиев нитрид и силициев карбид. Благодарение на тяхната широка забранена лента, висока скорост на дрейф на насищане с електрони, висока топлопроводимост и висока напрегнатост на пробивното поле, те са идеални материали за подготовка на електронни устройства с висока плътност на мощността, висока честота и ниски загуби. Сред тях захранващите устройства от силициев карбид имат предимствата на висока енергийна плътност, ниска консумация на енергия и малък размер и имат широки перспективи за приложение в нови енергийни превозни средства, фотоволтаици, железопътен транспорт, големи данни и други области. Радиочестотните устройства с галиев нитрид имат предимствата на висока честота, висока мощност, широка честотна лента, ниска консумация на енергия и малък размер и имат широки перспективи за приложение в 5G комуникациите, Интернет на нещата, военния радар и други области. В допълнение, базираните на галиев нитрид захранващи устройства са широко използвани в областта на ниското напрежение. В допълнение, през последните години се очаква нововъзникващите материали от галиев оксид да формират техническо допълване със съществуващите SiC и GaN технологии и да имат потенциални перспективи за приложение в полетата с ниска честота и високо напрежение.

В сравнение с полупроводниковите материали от второ поколение, полупроводниковите материали от трето поколение имат по-широка ширина на забранената лента (ширината на забранената лента на Si, типичен материал за полупроводниковия материал от първо поколение, е около 1,1 eV, ширината на забранената лента на GaAs, типична материалът на полупроводниковия материал от второ поколение е около 1,42 eV, а ширината на забранената лента на GaN, типичен материал на полупроводниковия материал от трето поколение, е над 2,3 eV), по-силна радиационна устойчивост, по-силна устойчивост на пробив на електрическо поле и по-висока температурна устойчивост. Полупроводниковите материали от трето поколение с по-широка ширина на забранената лента са особено подходящи за производството на устойчиви на радиация, високочестотни електронни устройства с висока мощност и висока плътност на интеграция. Техните приложения в микровълнови радиочестотни устройства, светодиоди, лазери, захранващи устройства и други области привлякоха много внимание и те показаха широки перспективи за развитие в мобилните комуникации, интелигентни мрежи, железопътен транспорт, нови енергийни превозни средства, потребителска електроника и ултравиолетово и синьо -устройства за зелена светлина [1].