Uvod u treću generaciju poluvodiča GaN i srodnu epitaksijalnu tehnologiju

1. Poluprovodnici treće generacije

Poluvodička tehnologija prve generacije razvijena je na bazi poluvodičkih materijala kao što su Si i Ge. To je materijalna osnova za razvoj tranzistora i tehnologije integriranih kola. Poluprovodnički materijali prve generacije postavili su temelje elektronske industrije u 20. stoljeću i osnovni su materijali za tehnologiju integriranih kola.

Poluvodički materijali druge generacije uglavnom uključuju galijum arsenid, indijum fosfid, galijum fosfid, indijum arsenid, aluminijum arsenid i njihova ternarna jedinjenja. Poluvodički materijali druge generacije su temelj optoelektronske informatičke industrije. Na osnovu toga su razvijene srodne industrije poput rasvjete, displeja, lasera i fotonapona. Široko se koriste u suvremenoj informacijskoj tehnologiji i industriji optoelektronskih displeja.

Reprezentativni materijali treće generacije poluvodičkih materijala uključuju galijum nitrid i silicijum karbid. Zbog svog širokog pojasa, velike brzine drifta zasićenja elektrona, visoke toplotne provodljivosti i velike jačine polja proboja, oni su idealni materijali za pripremu elektronskih uređaja velike gustine, visoke frekvencije i malih gubitaka. Među njima, uređaji za napajanje od silicijum karbida imaju prednosti visoke gustine energije, niske potrošnje energije i male veličine, i imaju široku perspektivu primene u novim energetskim vozilima, fotonaponskim sistemima, železničkom transportu, velikim podacima i drugim poljima. RF uređaji sa galijum nitridom imaju prednosti visoke frekvencije, velike snage, širokog propusnog opsega, niske potrošnje energije i male veličine, te imaju široku perspektivu primjene u 5G komunikacijama, Internetu stvari, vojnom radaru i drugim poljima. Osim toga, energetski uređaji zasnovani na galijum nitridu široko se koriste u polju niskog napona. Osim toga, posljednjih godina se očekuje da će novi materijali od galij oksida formirati tehničku komplementarnost sa postojećim SiC i GaN tehnologijama i imati potencijalne izglede za primjenu u niskofrekventnim i visokonaponskim poljima.

U poređenju sa poluprovodničkim materijalima druge generacije, poluvodički materijali treće generacije imaju širu širinu pojasnog razmaka (širina pojasnog razmaka Si, tipičnog materijala prve generacije poluprovodničkog materijala, je oko 1,1eV, širina pojasnog razmaka GaAs, tipična materijal poluprovodničkog materijala druge generacije, je oko 1,42eV, a širina pojasnog razmaka GaN, tipičnog materijala poluvodičkog materijala treće generacije, iznad 2,3 eV), jača otpornost na zračenje, jača otpornost na raspad električnog polja i veća temperaturna otpornost. Poluvodički materijali treće generacije sa većom širinom pojasa posebno su pogodni za proizvodnju elektronskih uređaja otpornih na zračenje, visoke frekvencije, velike snage i visoke gustoće integracije. Njihove primjene u mikrovalnim radiofrekventnim uređajima, LED diodama, laserima, energetskim uređajima i drugim poljima privukle su veliku pažnju, a pokazale su i široke razvojne perspektive u mobilnim komunikacijama, pametnim mrežama, željezničkom tranzitu, novim energetskim vozilima, potrošačkoj elektronici, te ultraljubičastom i plavom zračenju. -uređaji zelenog svjetla [1].