Pengenalan kepada GaN semikonduktor generasi ketiga dan teknologi epitaxial yang berkaitan

1. Semikonduktor generasi ketiga

Teknologi semikonduktor generasi pertama dibangunkan berasaskan bahan semikonduktor seperti Si dan Ge. Ia adalah asas material untuk pembangunan transistor dan teknologi litar bersepadu. Bahan semikonduktor generasi pertama meletakkan asas bagi industri elektronik pada abad ke-20 dan merupakan bahan asas untuk teknologi litar bersepadu.

Bahan semikonduktor generasi kedua terutamanya termasuk gallium arsenide, indium phosphide, gallium phosphide, indium arsenide, aluminium arsenide dan sebatian ternernya. Bahan semikonduktor generasi kedua adalah asas industri maklumat optoelektronik. Atas dasar ini, industri berkaitan seperti pencahayaan, paparan, laser, dan fotovoltaik telah dibangunkan. Ia digunakan secara meluas dalam teknologi maklumat kontemporari dan industri paparan optoelektronik.

Bahan perwakilan bahan semikonduktor generasi ketiga termasuk galium nitrida dan silikon karbida. Disebabkan oleh jurang jalurnya yang lebar, halaju hanyutan tepu elektron yang tinggi, kekonduksian terma yang tinggi dan kekuatan medan pecahan yang tinggi, ia adalah bahan yang sesuai untuk menyediakan peranti elektronik berketumpatan kuasa tinggi, frekuensi tinggi dan kehilangan rendah. Antaranya, peranti kuasa silikon karbida mempunyai kelebihan ketumpatan tenaga yang tinggi, penggunaan tenaga yang rendah dan saiz yang kecil, dan mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam kenderaan tenaga baharu, fotovoltaik, pengangkutan rel, data besar dan bidang lain. Peranti RF Gallium nitride mempunyai kelebihan frekuensi tinggi, kuasa tinggi, lebar jalur lebar, penggunaan kuasa rendah dan saiz kecil, dan mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam komunikasi 5G, Internet of Things, radar ketenteraan dan bidang lain. Di samping itu, peranti kuasa berasaskan galium nitrida telah digunakan secara meluas dalam medan voltan rendah. Di samping itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahan galium oksida yang baru muncul dijangka membentuk pelengkap teknikal dengan teknologi SiC dan GaN sedia ada, dan mempunyai prospek aplikasi yang berpotensi dalam medan frekuensi rendah dan voltan tinggi.

Berbanding dengan bahan semikonduktor generasi kedua, bahan semikonduktor generasi ketiga mempunyai lebar celah jalur yang lebih luas (lebar celah jalur bagi Si, bahan tipikal bagi bahan semikonduktor generasi pertama, adalah kira-kira 1.1eV, lebar celah jalur bagi GaAs, satu tipikal bahan bahan semikonduktor generasi kedua, adalah kira-kira 1.42eV, dan lebar celah jalur bagi GaN, bahan tipikal bahan semikonduktor generasi ketiga, adalah melebihi 2.3eV), rintangan sinaran yang lebih kuat, rintangan lebih kuat terhadap kerosakan medan elektrik dan rintangan suhu yang lebih tinggi. Bahan semikonduktor generasi ketiga dengan lebar celah jalur yang lebih luas amat sesuai untuk pengeluaran peranti elektronik yang tahan sinaran, frekuensi tinggi, berkuasa tinggi dan berketumpatan tinggi. Aplikasi mereka dalam peranti frekuensi radio gelombang mikro, LED, laser, peranti kuasa dan bidang lain telah menarik banyak perhatian, dan mereka telah menunjukkan prospek pembangunan yang luas dalam komunikasi mudah alih, grid pintar, transit kereta api, kenderaan tenaga baharu, elektronik pengguna, dan ultraungu dan biru -peranti lampu hijau [1].