Introduction au GaN semi-conducteur de troisième génération et à la technologie épitaxiale associée

1. Semi-conducteurs de troisième génération

La technologie des semi-conducteurs de première génération a été développée sur la base de matériaux semi-conducteurs tels que le Si et le Ge. C'est la base matérielle du développement des transistors et de la technologie des circuits intégrés. Les matériaux semi-conducteurs de première génération ont jeté les bases de l’industrie électronique au XXe siècle et constituent les matériaux de base de la technologie des circuits intégrés.

Les matériaux semi-conducteurs de deuxième génération comprennent principalement l'arséniure de gallium, le phosphure d'indium, le phosphure de gallium, l'arséniure d'indium, l'arséniure d'aluminium et leurs composés ternaires. Les matériaux semi-conducteurs de deuxième génération constituent le fondement de l’industrie de l’information optoélectronique. Sur cette base, des industries connexes telles que l'éclairage, l'affichage, le laser et le photovoltaïque ont été développées. Ils sont largement utilisés dans les industries contemporaines des technologies de l’information et de l’affichage optoélectronique.

Les matériaux représentatifs des matériaux semi-conducteurs de troisième génération comprennent le nitrure de gallium et le carbure de silicium. En raison de leur large bande interdite, de leur vitesse de dérive de saturation électronique élevée, de leur conductivité thermique élevée et de leur intensité de champ de claquage élevée, ce sont des matériaux idéaux pour préparer des dispositifs électroniques à haute densité de puissance, haute fréquence et à faibles pertes. Parmi eux, les dispositifs électriques en carbure de silicium présentent les avantages d'une densité énergétique élevée, d'une faible consommation d'énergie et d'une petite taille, et ont de larges perspectives d'application dans les véhicules à énergies nouvelles, le photovoltaïque, le transport ferroviaire, le big data et d'autres domaines. Les dispositifs RF au nitrure de gallium présentent les avantages d'une haute fréquence, d'une puissance élevée, d'une large bande passante, d'une faible consommation d'énergie et d'une petite taille, et ont de larges perspectives d'application dans les communications 5G, l'Internet des objets, les radars militaires et d'autres domaines. De plus, les dispositifs électriques à base de nitrure de gallium ont été largement utilisés dans le domaine de la basse tension. En outre, ces dernières années, les matériaux émergents à base d'oxyde de gallium devraient constituer une complémentarité technique avec les technologies SiC et GaN existantes et offrir des perspectives d'application potentielles dans les domaines des basses fréquences et des hautes tensions.

Par rapport aux matériaux semi-conducteurs de deuxième génération, les matériaux semi-conducteurs de troisième génération ont une largeur de bande interdite plus large (la largeur de bande interdite du Si, un matériau typique du matériau semi-conducteur de première génération, est d'environ 1,1 eV, la largeur de bande interdite du GaAs, un matériau typique Le matériau du matériau semi-conducteur de deuxième génération est d'environ 1,42 eV, et la largeur de bande interdite du GaN, un matériau typique du matériau semi-conducteur de troisième génération, est supérieure à 2,3 eV), une résistance aux rayonnements plus forte, une résistance plus forte à la rupture du champ électrique et une résistance aux températures plus élevées. Les matériaux semi-conducteurs de troisième génération avec une largeur de bande interdite plus large sont particulièrement adaptés à la production de dispositifs électroniques résistants aux rayonnements, haute fréquence, haute puissance et haute densité d'intégration. Leurs applications dans les dispositifs à radiofréquence micro-ondes, les LED, les lasers, les dispositifs électriques et d'autres domaines ont attiré beaucoup d'attention et ont montré de larges perspectives de développement dans les communications mobiles, les réseaux intelligents, le transport ferroviaire, les véhicules à énergies nouvelles, l'électronique grand public et les ultraviolets et bleus. -dispositifs à feu vert [1].