Einführung in den Halbleiter GaN der dritten Generation und die damit verbundene Epitaxietechnologie

1. Halbleiter der dritten Generation

Die Halbleitertechnologie der ersten Generation wurde auf Basis von Halbleitermaterialien wie Si und Ge entwickelt. Es ist die materielle Grundlage für die Entwicklung von Transistoren und der integrierten Schaltkreistechnik. Die Halbleitermaterialien der ersten Generation legten den Grundstein für die Elektronikindustrie im 20. Jahrhundert und sind die Grundmaterialien für die Technologie integrierter Schaltkreise.

Zu den Halbleitermaterialien der zweiten Generation gehören hauptsächlich Galliumarsenid, Indiumphosphid, Galliumphosphid, Indiumarsenid, Aluminiumarsenid und deren ternäre Verbindungen. Die Halbleitermaterialien der zweiten Generation sind die Grundlage der optoelektronischen Informationsindustrie. Auf dieser Grundlage wurden verwandte Branchen wie Beleuchtung, Display, Laser und Photovoltaik entwickelt. Sie werden häufig in der modernen Informationstechnologie und in der optoelektronischen Displayindustrie eingesetzt.

Zu den repräsentativen Materialien der Halbleitermaterialien der dritten Generation gehören Galliumnitrid und Siliziumkarbid. Aufgrund ihrer großen Bandlücke, hohen Elektronensättigungsdriftgeschwindigkeit, hohen Wärmeleitfähigkeit und hohen Durchbruchfeldstärke sind sie ideale Materialien für die Herstellung elektronischer Geräte mit hoher Leistungsdichte, hoher Frequenz und geringem Verlust. Unter diesen weisen Siliziumkarbid-Leistungsgeräte die Vorteile einer hohen Energiedichte, eines geringen Energieverbrauchs und einer geringen Größe auf und bieten breite Anwendungsaussichten in Fahrzeugen mit neuer Energie, Photovoltaik, Schienenverkehr, Big Data und anderen Bereichen. Galliumnitrid-HF-Geräte zeichnen sich durch hohe Frequenz, hohe Leistung, große Bandbreite, geringen Stromverbrauch und geringe Größe aus und bieten breite Anwendungsaussichten in der 5G-Kommunikation, dem Internet der Dinge, militärischem Radar und anderen Bereichen. Darüber hinaus sind Leistungsbauelemente auf Galliumnitridbasis im Niederspannungsbereich weit verbreitet. Darüber hinaus wird erwartet, dass in den letzten Jahren neue Galliumoxidmaterialien eine technische Komplementarität mit bestehenden SiC- und GaN-Technologien bilden und potenzielle Anwendungsaussichten in den Bereichen Niederfrequenz und Hochspannung haben.

Im Vergleich zu den Halbleitermaterialien der zweiten Generation weisen die Halbleitermaterialien der dritten Generation eine größere Bandlückenbreite auf (die Bandlückenbreite von Si, einem typischen Material des Halbleitermaterials der ersten Generation, beträgt etwa 1,1 eV, die Bandlückenbreite von GaAs, einem typischen). Material des Halbleitermaterials der zweiten Generation beträgt etwa 1,42 eV, und die Bandlückenbreite von GaN, einem typischen Material des Halbleitermaterials der dritten Generation, liegt über 2,3 eV), stärkerer Strahlungswiderstand, stärkerer Widerstand zu einem elektrischen Felddurchschlag und einer höheren Temperaturbeständigkeit. Die Halbleitermaterialien der dritten Generation mit größerer Bandlückenbreite eignen sich besonders für die Herstellung von strahlungsbeständigen, hochfrequenten, leistungsstarken und hochintegrationsdichten elektronischen Geräten. Ihre Anwendungen in Mikrowellen-Hochfrequenzgeräten, LEDs, Lasern, Leistungsgeräten und anderen Bereichen haben viel Aufmerksamkeit erregt und sie haben breite Entwicklungsaussichten in den Bereichen Mobilkommunikation, Smart Grids, Schienenverkehr, Fahrzeuge mit neuer Energie, Unterhaltungselektronik sowie Ultraviolett und Blau aufgezeigt -Geräte mit grünem Licht [1].