مقدمه ای بر نسل سوم نیمه هادی GaN و فناوری اپیتاکسیال مرتبط

1. نیمه هادی های نسل سوم

فناوری نیمه هادی نسل اول بر اساس مواد نیمه هادی مانند Si و Ge توسعه یافت. این پایه مادی برای توسعه ترانزیستورها و فناوری مدار مجتمع است. مواد نیمه هادی نسل اول پایه و اساس صنعت الکترونیک را در قرن بیستم گذاشتند و مواد اولیه برای فناوری مدارهای مجتمع هستند.

مواد نیمه هادی نسل دوم عمدتاً شامل آرسنید گالیم، فسفید ایندیم، فسفید گالیم، آرسنید ایندیم، آرسنید آلومینیوم و ترکیبات سه تایی آنها می باشد. مواد نیمه هادی نسل دوم پایه و اساس صنعت اطلاعات نوری هستند. بر این اساس صنایع مرتبط مانند روشنایی، نمایشگر، لیزر و فتوولتائیک توسعه یافته است. آنها به طور گسترده در فناوری اطلاعات معاصر و صنایع نمایشگر نوری استفاده می شوند.

مواد نماینده مواد نیمه هادی نسل سوم شامل نیترید گالیم و کاربید سیلیکون است. با توجه به شکاف باند وسیع، سرعت رانش اشباع الکترون بالا، هدایت حرارتی بالا و قدرت میدان شکست بالا، آنها مواد ایده آلی برای تهیه دستگاه های الکترونیکی با چگالی توان بالا، فرکانس بالا و کم تلفات هستند. در میان آنها، دستگاه های قدرت کاربید سیلیکون دارای مزایای چگالی انرژی بالا، مصرف انرژی کم و اندازه کوچک هستند و چشم انداز کاربرد گسترده ای در وسایل نقلیه انرژی جدید، فتوولتائیک، حمل و نقل ریلی، داده های بزرگ و سایر زمینه ها دارند. دستگاه‌های RF نیترید گالیوم دارای مزایای فرکانس بالا، توان بالا، پهنای باند وسیع، مصرف انرژی کم و اندازه کوچک هستند و دارای چشم‌انداز کاربردی گسترده‌ای در ارتباطات 5G، اینترنت اشیا، رادار نظامی و سایر زمینه‌ها هستند. علاوه بر این، دستگاه های برق مبتنی بر نیترید گالیوم به طور گسترده در زمینه ولتاژ پایین استفاده شده است. علاوه بر این، در سال‌های اخیر، انتظار می‌رود که مواد اکسید گالیوم در حال ظهور، مکمل فنی با فناوری‌های SiC و GaN موجود باشند و چشم‌اندازهای کاربردی بالقوه‌ای در زمینه‌های فرکانس پایین و ولتاژ بالا داشته باشند.

در مقایسه با مواد نیمه هادی نسل دوم، مواد نیمه هادی نسل سوم دارای عرض باند وسیع تری هستند (عرض باند Si، یک ماده معمولی از مواد نیمه هادی نسل اول، حدود 1.1eV است، عرض شکاف باند GaAs، یک نوع معمولی است. مواد نیمه هادی نسل دوم، حدود 1.42 ولت است و عرض باند گپ GaN، یک ماده معمولی از مواد نیمه هادی نسل سوم، بالاتر از 2.3eV است، مقاومت در برابر تشعشع قوی تر، مقاومت قوی تر در برابر شکست میدان الکتریکی و مقاومت در برابر دمای بالاتر است. مواد نیمه هادی نسل سوم با عرض باند وسیع تر به ویژه برای تولید دستگاه های الکترونیکی مقاوم در برابر تشعشع، فرکانس بالا، توان بالا و چگالی بالا مناسب هستند. کاربردهای آنها در دستگاه‌های فرکانس رادیویی مایکروویو، ال‌ای‌دی‌ها، لیزرها، دستگاه‌های قدرت و سایر زمینه‌ها توجه زیادی را به خود جلب کرده است و چشم‌انداز توسعه گسترده‌ای را در ارتباطات سیار، شبکه‌های هوشمند، حمل‌ونقل ریلی، وسایل نقلیه با انرژی جدید، لوازم الکترونیکی مصرفی، و اشعه ماوراء بنفش و آبی نشان داده‌اند. -دستگاه های چراغ سبز [1].