היכרות עם הדור השלישי של מוליכים למחצה GaN וטכנולוגיה אפיטקסיאלית קשורה

1. מוליכים למחצה מהדור השלישי

טכנולוגיית המוליכים למחצה מהדור הראשון פותחה על בסיס חומרים מוליכים למחצה כמו Si ו-Ge. זהו הבסיס החומרי לפיתוח טרנזיסטורים וטכנולוגיית מעגלים משולבים. חומרי המוליכים למחצה מהדור הראשון הניחו את הבסיס לתעשיית האלקטרוניקה במאה ה-20 והם החומרים הבסיסיים לטכנולוגיית מעגלים משולבים.

חומרי המוליכים למחצה מהדור השני כוללים בעיקר גליום ארסניד, אינדיום פוספיד, גליום פוספיד, אינדיום ארסניד, אלומיניום ארסניד ותרכובותיהם הטרינריות. חומרי המוליכים למחצה מהדור השני הם הבסיס של תעשיית המידע האופטו-אלקטרונית. על בסיס זה פותחו תעשיות קשורות כמו תאורה, תצוגה, לייזר ופוטו-וולטאים. הם נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות טכנולוגיות מידע ותצוגות אופטו-אלקטרוניות עכשוויות.

חומרים מייצגים של חומרים מוליכים למחצה מהדור השלישי כוללים גליום ניטריד וסיליקון קרביד. בשל פער הפס הרחב שלהם, מהירות הסחף הגבוהה של רווית האלקטרונים, מוליכות תרמית גבוהה וחוזק שדה פירוק גבוה, הם חומרים אידיאליים להכנת מכשירים אלקטרוניים בעלי צפיפות הספק גבוהה, בתדר גבוה ובהפסד נמוך. ביניהם, להתקני כוח סיליקון קרביד יש את היתרונות של צפיפות אנרגיה גבוהה, צריכת אנרגיה נמוכה וגודל קטן, ויש להם סיכויי יישום רחבים בכלי רכב אנרגיה חדשים, פוטו-וולטאים, תחבורה ברכבת, ביג דאטה ותחומים אחרים. למכשירי גליום ניטריד RF יש את היתרונות של תדר גבוה, הספק גבוה, רוחב פס רחב, צריכת חשמל נמוכה וגודל קטן, ויש להם סיכויי יישום רחבים בתקשורת 5G, האינטרנט של הדברים, מכ"ם צבאי ותחומים נוספים. בנוסף, התקני כוח מבוססי גליום ניטריד היו בשימוש נרחב בתחום המתח הנמוך. בנוסף, בשנים האחרונות, חומרי תחמוצת גליום המתעוררים צפויים ליצור השלמה טכנית עם טכנולוגיות SiC ו- GaN קיימות, ובעלי סיכויי יישום פוטנציאליים בתחומי התדר הנמוך והמתח הגבוה.

בהשוואה לחומרי מוליכים למחצה מהדור השני, לחומרי המוליכים למחצה מהדור השלישי יש רוחב פס רחב יותר (רוחב הפס של Si, חומר טיפוסי של חומר המוליכים למחצה מהדור הראשון, הוא בערך 1.1eV, רוחב הפס של GaAs, אופייני החומר של חומר המוליכים למחצה מהדור השני, הוא בערך 1.42eV, ורוחב פס הפס של GaN, חומר טיפוסי לחומר המוליכים למחצה מהדור השלישי, הוא מעל 2.3eV), התנגדות קרינה חזקה יותר, התנגדות חזקה יותר להתמוטטות שדה חשמלי והתנגדות טמפרטורה גבוהה יותר. חומרי המוליכים למחצה מהדור השלישי עם רוחב פס רחב יותר מתאימים במיוחד לייצור מכשירים אלקטרוניים עמידים לקרינה, בתדר גבוה, בהספק גבוה ובצפיפות אינטגרציה גבוהה. היישומים שלהם במכשירי תדר רדיו במיקרוגל, לדים, לייזרים, מכשירי חשמל ותחומים אחרים משכו תשומת לב רבה, והם הראו סיכויי פיתוח רחבים בתקשורת סלולרית, רשתות חכמות, מעבר רכבות, רכבי אנרגיה חדשים, מוצרי צריכה ואולטרה סגול וכחול -מכשירי אור ירוק [1].