Ievads trešās paaudzes pusvadītāju GaN un ar to saistītajā epitaksiālajā tehnoloģijā

1. Trešās paaudzes pusvadītāji

Pirmās paaudzes pusvadītāju tehnoloģija tika izstrādāta, pamatojoties uz tādiem pusvadītāju materiāliem kā Si un Ge. Tas ir materiālais pamats tranzistoru un integrālo shēmu tehnoloģiju attīstībai. Pirmās paaudzes pusvadītāju materiāli 20. gadsimtā lika pamatus elektroniskajai rūpniecībai un ir integrālo shēmu tehnoloģijas pamatmateriāli.

Otrās paaudzes pusvadītāju materiāli galvenokārt ir gallija arsenīds, indija fosfīds, gallija fosfīds, indija arsenīds, alumīnija arsenīds un to trīskomponenti. Otrās paaudzes pusvadītāju materiāli ir optoelektroniskās informācijas nozares pamats. Pamatojoties uz to, ir izstrādātas saistītas nozares, piemēram, apgaismojums, displejs, lāzers un fotoelementi. Tos plaši izmanto mūsdienu informācijas tehnoloģiju un optoelektronisko displeju nozarēs.

Trešās paaudzes pusvadītāju materiālu reprezentatīvie materiāli ir gallija nitrīds un silīcija karbīds. Pateicoties plašajai joslu atstarpei, lielam elektronu piesātinājuma dreifēšanas ātrumam, augstajai siltumvadītspējai un lielai sabrukšanas lauka intensitātei, tie ir ideāli materiāli lieljaudas blīvuma, augstas frekvences un zemu zudumu elektronisko ierīču sagatavošanai. Tostarp silīcija karbīda barošanas ierīcēm ir augsts enerģijas blīvums, zems enerģijas patēriņš un mazs izmērs, un tām ir plašas pielietojuma iespējas jaunos enerģijas transportlīdzekļos, fotoelementos, dzelzceļa transportā, lielos datos un citās jomās. Gallija nitrīda RF ierīcēm ir tādas priekšrocības kā augsta frekvence, liela jauda, ​​plašs joslas platums, mazs enerģijas patēriņš un mazs izmērs, un tām ir plašas pielietojuma iespējas 5G sakaros, lietu internetā, militārajos radaros un citās jomās. Turklāt zemsprieguma laukā ir plaši izmantotas uz gallija nitrīda balstītas barošanas ierīces. Turklāt ir sagaidāms, ka pēdējos gados jaunie gallija oksīda materiāli veidos tehnisku komplementaritāti ar esošajām SiC un GaN tehnoloģijām, un tiem būs potenciālas pielietošanas iespējas zemfrekvences un augstsprieguma laukos.

Salīdzinot ar otrās paaudzes pusvadītāju materiāliem, trešās paaudzes pusvadītāju materiāliem ir lielāks joslas platums (Si, tipiska pirmās paaudzes pusvadītāju materiāla materiāla, joslas platums ir aptuveni 1,1 eV, bet GaAs joslas platums ir tipisks Otrās paaudzes pusvadītāju materiāla materiāla spriegums ir aptuveni 1,42 eV, un GaN joslas platums ir tipisks materiāls trešās paaudzes pusvadītāju materiāla, ir virs 2,3 eV), spēcīgāka starojuma pretestība, spēcīgāka izturība pret elektriskā lauka sabrukšanu un augstāka temperatūras pretestība. Trešās paaudzes pusvadītāju materiāli ar plašāku joslas platumu ir īpaši piemēroti starojumu izturīgu, augstas frekvences, lieljaudas un augsta integrācijas blīvuma elektronisko ierīču ražošanai. To pielietojums mikroviļņu radiofrekvenču ierīcēs, gaismas diodēs, lāzeros, barošanas ierīcēs un citās jomās ir piesaistījis lielu uzmanību, un tie ir parādījuši plašas attīstības perspektīvas mobilo sakaru, viedtīklu, dzelzceļa tranzīta, jaunu enerģijas transportlīdzekļu, plaša patēriņa elektronikas, kā arī ultravioletā un zilā starojuma jomā. -zaļās gaismas ierīces [1].