Úvod do třetí generace polovodičů GaN a související epitaxní technologie

1. Polovodiče třetí generace

Polovodičová technologie první generace byla vyvinuta na základě polovodičových materiálů, jako jsou Si a Ge. Je materiálovým základem pro vývoj tranzistorů a technologie integrovaných obvodů. Polovodičové materiály první generace položily základ pro elektronický průmysl 20. století a jsou základními materiály pro technologii integrovaných obvodů.

Mezi polovodičové materiály druhé generace patří především arsenid gallia, fosfid india, fosfid galia, arsenid india, arsenid hlinitý a jejich ternární sloučeniny. Polovodičové materiály druhé generace jsou základem optoelektronického informačního průmyslu. Na tomto základě byla vyvinuta související průmyslová odvětví, jako je osvětlení, displej, laser a fotovoltaika. Jsou široce používány v moderních informačních technologiích a v průmyslu optoelektronických displejů.

Reprezentativní materiály polovodičových materiálů třetí generace zahrnují nitrid galia a karbid křemíku. Vzhledem k jejich široké pásmové mezeře, vysoké rychlosti driftu elektronového nasycení, vysoké tepelné vodivosti a vysoké průrazné síle pole jsou ideálními materiály pro přípravu elektronických zařízení s vysokou hustotou výkonu, s vysokou frekvencí a s nízkou ztrátou. Mezi nimi mají energetická zařízení z karbidu křemíku výhody vysoké hustoty energie, nízké spotřeby energie a malé velikosti a mají široké vyhlídky na uplatnění v nových energetických vozidlech, fotovoltaice, železniční dopravě, velkých datech a dalších oblastech. RF zařízení s nitridem galia mají výhody vysoké frekvence, vysokého výkonu, široké šířky pásma, nízké spotřeby energie a malé velikosti a mají široké uplatnění v 5G komunikaci, internetu věcí, vojenských radarech a dalších oblastech. Kromě toho jsou energetická zařízení na bázi nitridu galia široce používána v oblasti nízkého napětí. Kromě toho se v posledních letech očekává, že nově vznikající materiály na bázi oxidu galia budou tvořit technickou komplementaritu se stávajícími technologiemi SiC a GaN a budou mít potenciální vyhlídky na uplatnění v nízkofrekvenčních a vysokonapěťových oblastech.

Ve srovnání s polovodičovými materiály druhé generace mají polovodičové materiály třetí generace širší šířku pásma (šířka bandgap Si, typický materiál polovodičového materiálu první generace, je asi 1,1 eV, šířka bandgap GaAs, typická materiál polovodičového materiálu druhé generace je asi 1,42 eV a šířka bandgap GaN, typického materiálu pro polovodičový materiál třetí generace, je vyšší než 2,3 eV), silnější odolnost proti záření, silnější odolnost proti průrazu elektrického pole a vyšší teplotní odolnost. Polovodičové materiály třetí generace se širší šířkou pásma jsou zvláště vhodné pro výrobu elektronických zařízení odolných proti záření, vysokofrekvenčních, výkonných a integračních zařízení s vysokou hustotou. Jejich aplikace v mikrovlnných radiofrekvenčních zařízeních, LED, laserech, energetických zařízeních a dalších oblastech přitáhly velkou pozornost a ukázaly široké možnosti rozvoje v oblasti mobilních komunikací, inteligentních sítí, železniční dopravy, nových energetických vozidel, spotřební elektroniky a ultrafialového a modrého záření. -zelená zařízení [1].