Kolmannen sukupolven puolijohde GaN ja siihen liittyvä epitaksiaaliteknologian esittely

1. Kolmannen sukupolven puolijohteet

Ensimmäisen sukupolven puolijohdeteknologia kehitettiin perustuen puolijohdemateriaaleihin, kuten Si ja Ge. Se on aineellinen perusta transistorien ja integroidun piiritekniikan kehitykselle. Ensimmäisen sukupolven puolijohdemateriaalit loivat perustan elektroniikkateollisuudelle 1900-luvulla ja ovat integroidun piiritekniikan perusmateriaaleja.

Toisen sukupolven puolijohdemateriaaleja ovat pääasiassa galliumarsenidi, indiumfosfidi, galliumfosfidi, indiumarsenidi, alumiiniarsenidi ja niiden kolmikomponentit. Toisen sukupolven puolijohdemateriaalit ovat optoelektronisen tietoteollisuuden perusta. Tältä pohjalta on kehitetty vastaavia toimialoja, kuten valaistus, näyttö, laser ja aurinkosähkö. Niitä käytetään laajalti nykyaikaisessa tietotekniikassa ja optoelektronisissa näyttöteollisuudessa.

Edustavia kolmannen sukupolven puolijohdemateriaaleja ovat galliumnitridi ja piikarbidi. Leveän kaistavälinsä, suuren elektronien kyllästymisnopeuden, korkean lämmönjohtavuuden ja suuren läpilyöntikentän voimakkuuden ansiosta ne ovat ihanteellisia materiaaleja suuritehoisten, korkeataajuisten ja pienihäviöisten elektronisten laitteiden valmistukseen. Niistä piikarbiditeholaitteiden etuna on korkea energiatiheys, alhainen energiankulutus ja pieni koko, ja niillä on laajat sovellusmahdollisuudet uusissa energiaajoneuvoissa, aurinkosähköissä, rautatiekuljetuksissa, big datassa ja muilla aloilla. Galliumnitridi-RF-laitteiden etuna on korkea taajuus, suuri teho, laaja kaistanleveys, alhainen virrankulutus ja pieni koko, ja niillä on laajat sovellusmahdollisuudet 5G-viestinnässä, esineiden Internetissä, sotilastutkassa ja muilla aloilla. Lisäksi galliumnitridipohjaisia ​​teholaitteita on käytetty laajalti pienjännitekentillä. Lisäksi viime vuosina nousevien galliumoksidimateriaalien odotetaan täydentävän teknistä toisiaan olemassa olevien SiC- ja GaN-tekniikoiden kanssa, ja niillä on potentiaalisia sovellusmahdollisuuksia matalataajuus- ja suurjännitekentillä.

Verrattuna toisen sukupolven puolijohdemateriaaleihin, kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalien kaistaleveys on leveämpi (Si:n, tyypillisen ensimmäisen sukupolven puolijohdemateriaalin materiaalin, kaistaleveys on noin 1,1 eV, GaAs:n kaistaleveys on tyypillinen toisen sukupolven puolijohdemateriaalin materiaali on noin 1,42 eV ja GaN:n kaistaleveys, tyypillinen materiaali kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalista, on yli 2,3 eV), vahvempi säteilynkestävyys, vahvempi vastustuskyky sähkökentän rikkoutumiselle ja korkeampi lämpötilankestävyys. Kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalit, joilla on leveämpi kaistaleveys, sopivat erityisen hyvin säteilyä kestävien, korkeataajuisten, suuritehoisten ja suuren integrointitiheyden elektronisten laitteiden valmistukseen. Niiden sovellukset mikroaaltoradiotaajuuslaitteissa, LEDeissä, lasereissa, teholaitteissa ja muilla aloilla ovat herättäneet paljon huomiota, ja ne ovat osoittaneet laajoja kehitysnäkymiä matkaviestinnässä, älykkäissä sähköverkoissa, rautatieliikenteessä, uusissa energiaajoneuvoissa, kulutuselektroniikassa sekä ultravioletti- ja sinisessä valossa. -vihreät valolaitteet [1].