Uvod u treću generaciju poluvodiča GaN i srodnu epitaksijalnu tehnologiju

1. Poluvodiči treće generacije

Prva generacija poluvodičke tehnologije razvijena je na temelju poluvodičkih materijala kao što su Si i Ge. To je materijalna osnova za razvoj tranzistora i tehnologije integriranih krugova. Poluvodički materijali prve generacije postavili su temelje elektroničke industrije u 20. stoljeću i osnovni su materijali za tehnologiju integriranih krugova.

Poluvodički materijali druge generacije uglavnom uključuju galijev arsenid, indijev fosfid, galijev fosfid, indijev arsenid, aluminijev arsenid i njihove ternarne spojeve. Poluvodički materijali druge generacije temelj su optoelektroničke informacijske industrije. Na toj su osnovi razvijene srodne industrije poput rasvjete, zaslona, ​​lasera i fotonapona. Naširoko se koriste u suvremenoj informacijskoj tehnologiji i industriji optoelektroničkih zaslona.

Reprezentativni materijali treće generacije poluvodičkih materijala uključuju galijev nitrid i silicijev karbid. Zbog svog širokog zabranjenog pojasa, visoke brzine zasićenja elektrona, visoke toplinske vodljivosti i velike jakosti probojnog polja, idealni su materijali za pripremu elektroničkih uređaja visoke gustoće snage, visoke frekvencije i malih gubitaka. Među njima, uređaji za napajanje od silicij-karbida imaju prednosti visoke gustoće energije, niske potrošnje energije i male veličine te imaju široke izglede za primjenu u novim energetskim vozilima, fotonaponskim uređajima, željezničkom prijevozu, velikim podacima i drugim poljima. RF uređaji s galijevim nitridom imaju prednosti visoke frekvencije, velike snage, široke pojasne širine, male potrošnje energije i male veličine te imaju široke izglede za primjenu u 5G komunikacijama, Internetu stvari, vojnom radaru i drugim područjima. Osim toga, uređaji za napajanje na bazi galijevog nitrida naširoko su korišteni u niskonaponskom polju. Osim toga, očekuje se da će novi materijali galijevog oksida u nastajanju biti tehnički komplementarni s postojećim SiC i GaN tehnologijama i imati potencijalne izglede za primjenu u niskofrekventnim i visokonaponskim poljima.

U usporedbi s poluvodičkim materijalima druge generacije, poluvodički materijali treće generacije imaju veću širinu zabranjenog pojasa (širina zabranjenog pojasa Si, tipičnog materijala poluvodičkog materijala prve generacije, je oko 1,1 eV, širina zabranjenog pojasa GaAs, tipična materijal poluvodičkog materijala druge generacije, iznosi oko 1,42 eV, a širina zabranjenog pojasa GaN, tipičnog materijala poluvodičkog materijala treće generacije iznad 2,3 eV), veća otpornost na zračenje, veća otpornost na proboj električnog polja i veća otpornost na temperaturu. Poluvodički materijali treće generacije sa širim pojasnim razmakom posebno su prikladni za proizvodnju elektroničkih uređaja visoke frekvencije, velike snage i visoke gustoće integracije otpornih na zračenje. Njihova primjena u mikrovalnim radiofrekventnim uređajima, LED diodama, laserima, energetskim uređajima i drugim poljima privukla je veliku pozornost, a pokazali su široke izglede za razvoj u mobilnim komunikacijama, pametnim mrežama, željezničkom prijevozu, novim energetskim vozilima, potrošačkoj elektronici te ultraljubičastom i plavom -uređaji za zeleno svjetlo [1].