Introduksjon til tredje generasjons halvleder GaN og relatert epitaksial teknologi

1. Tredje generasjons halvledere

Førstegenerasjons halvlederteknologi ble utviklet basert på halvledermaterialer som Si og Ge. Det er det materielle grunnlaget for utviklingen av transistorer og integrert kretsteknologi. Førstegenerasjons halvledermaterialer la grunnlaget for den elektroniske industrien på 1900-tallet og er basismaterialene for integrert kretsteknologi.

Andregenerasjons halvledermaterialer inkluderer hovedsakelig galliumarsenid, indiumfosfid, galliumfosfid, indiumarsenid, aluminiumarsenid og deres ternære forbindelser. Andregenerasjons halvledermaterialer er grunnlaget for den optoelektroniske informasjonsindustrien. På dette grunnlaget er relaterte bransjer som belysning, display, laser og solceller utviklet. De er mye brukt i moderne informasjonsteknologi og optoelektronisk skjermindustri.

Representative materialer av tredjegenerasjons halvledermaterialer inkluderer galliumnitrid og silisiumkarbid. På grunn av deres brede båndgap, høye elektronmetningsdrifthastighet, høy termisk ledningsevne og høy nedbrytningsfeltstyrke, er de ideelle materialer for å lage elektroniske enheter med høy effekttetthet, høyfrekvente og lavt tap. Blant dem har silisiumkarbidkraftenheter fordelene med høy energitetthet, lavt energiforbruk og liten størrelse, og har brede bruksmuligheter i nye energikjøretøyer, solcelleanlegg, jernbanetransport, big data og andre felt. Galliumnitrid RF-enheter har fordelene med høy frekvens, høy effekt, bred båndbredde, lavt strømforbruk og liten størrelse, og har brede bruksmuligheter innen 5G-kommunikasjon, tingenes internett, militær radar og andre felt. I tillegg har galliumnitrid-baserte kraftenheter blitt mye brukt i lavspentfeltet. I tillegg, de siste årene, forventes nye galliumoksidmaterialer å danne teknisk komplementaritet med eksisterende SiC- og GaN-teknologier, og ha potensielle bruksutsikter i lavfrekvente og høyspente felt.

Sammenlignet med andregenerasjons halvledermaterialer har tredjegenerasjons halvledermaterialer bredere båndgapbredde (båndgapbredden til Si, et typisk materiale av førstegenerasjons halvledermateriale, er ca. 1,1eV, båndgapbredden til GaAs, en typisk materialet i andregenerasjons halvledermateriale, er omtrent 1,42 eV, og båndgapbredden til GaN, et typisk materiale av tredjegenerasjons halvledermateriale, er over 2,3 eV), sterkere strålingsmotstand, sterkere motstand mot elektrisk feltnedbrytning, og høyere temperaturmotstand. Tredje generasjons halvledermaterialer med bredere båndgapbredde er spesielt egnet for produksjon av strålingsbestandige, høyfrekvente elektroniske enheter med høy effekt og høy integrasjonstetthet. Deres applikasjoner innen mikrobølgeradiofrekvensenheter, lysdioder, lasere, kraftenheter og andre felt har vakt mye oppmerksomhet, og de har vist brede utviklingsmuligheter innen mobilkommunikasjon, smarte nett, jernbanetransport, nye energikjøretøyer, forbrukerelektronikk og ultrafiolett og blått -grønt lys enheter [1].