Kolmanda põlvkonna pooljuhtide GaN ja sellega seotud epitaksiaaltehnoloogia tutvustus

1. Kolmanda põlvkonna pooljuhid

Esimese põlvkonna pooljuhttehnoloogia töötati välja selliste pooljuhtmaterjalide nagu Si ja Ge põhjal. See on materiaalne alus transistoride ja integraallülituste tehnoloogia arendamiseks. Esimese põlvkonna pooljuhtmaterjalid panid 20. sajandil aluse elektroonikatööstusele ja on integraallülituse tehnoloogia põhimaterjalid.

Teise põlvkonna pooljuhtmaterjalid hõlmavad peamiselt galliumarseniidi, indiumfosfiidi, galliumfosfiidi, indiumarseniidi, alumiiniumarseniidi ja nende kolmekomponentseid ühendeid. Teise põlvkonna pooljuhtmaterjalid on optoelektroonilise teabetööstuse alus. Selle põhjal on välja töötatud seotud tööstusharud, nagu valgustus, kuvar, laser ja fotogalvaanika. Neid kasutatakse laialdaselt kaasaegses infotehnoloogia ja optoelektroonilise kuvaritööstuses.

Kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalide tüüpilisteks materjalideks on galliumnitriid ja ränikarbiid. Tänu oma laiale ribalaiule, suure elektroni küllastumise triivi kiirusele, kõrgele soojusjuhtivusele ja suurele läbilöögiväljatugevusele on need ideaalsed materjalid suure võimsustiheduse, kõrgsageduslike ja väikese kadudega elektroonikaseadmete valmistamiseks. Nende hulgas on ränikarbiidi jõuseadmete eelisteks kõrge energiatihedus, madal energiatarve ja väike suurus ning laialdased kasutusvõimalused uutes energiasõidukites, fotogalvaanilises energias, raudteetranspordis, suurandmetes ja muudes valdkondades. Galliumnitriidi RF-seadmete eelisteks on kõrge sagedus, suur võimsus, lai ribalaius, madal energiatarve ja väiksus ning laialdased kasutusvõimalused 5G-sides, asjade internetis, sõjaväeradaris ja muudes valdkondades. Lisaks on madalpinge valdkonnas laialdaselt kasutatud galliumnitriidil põhinevaid jõuseadmeid. Lisaks eeldatakse, et viimastel aastatel on tekkivad galliumoksiidmaterjalid tehnilist täiendavust olemasolevate SiC ja GaN tehnoloogiatega ning neil on potentsiaalsed rakendusväljavaated madalsagedus- ja kõrgepingeväljadel.

Võrreldes teise põlvkonna pooljuhtmaterjalidega on kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalidel laiem ribalaius (esimese põlvkonna pooljuhtmaterjali tüüpilise materjali Si ribalaius on umbes 1,1 eV, GaAs ribalaius on tüüpiline teise põlvkonna pooljuhtmaterjali materjal on umbes 1,42 eV ja ribalaius GaN, tüüpiline materjal kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalist, on üle 2,3 eV), tugevam kiirgustakistus, tugevam vastupidavus elektrivälja purunemisele ja kõrgem temperatuurikindlus. Laiema ribalaiusega kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalid sobivad eriti hästi kiirguskindlate, kõrgsageduslike, suure võimsusega ja suure integratsioonitihedusega elektroonikaseadmete tootmiseks. Nende rakendused mikrolaine raadiosagedusseadmetes, LED-ides, laserites, toiteseadmetes ja muudes valdkondades on pälvinud palju tähelepanu ning neil on olnud laialdased arenguväljavaated mobiilside, nutikate võrkude, raudteetransiidi, uute energiasõidukite, tarbeelektroonika ning ultraviolett- ja sinise kiirguse valdkonnas. -rohelised valgusseadmed [1].