Wprowadzenie do półprzewodnika GaN trzeciej generacji i powiązanej technologii epitaksjalnej

1. Półprzewodniki trzeciej generacji

Technologia półprzewodników pierwszej generacji została opracowana w oparciu o materiały półprzewodnikowe takie jak Si i Ge. Stanowi materialną podstawę rozwoju tranzystorów i technologii układów scalonych. Materiały półprzewodnikowe pierwszej generacji położyły podwaliny pod przemysł elektroniczny w XX wieku i są podstawowymi materiałami w technologii układów scalonych.

Materiały półprzewodnikowe drugiej generacji obejmują głównie arsenek galu, fosforek indu, fosforek galu, arsenek indu, arsenek glinu i ich trójskładnikowe związki. Materiały półprzewodnikowe drugiej generacji stanowią podstawę optoelektronicznego przemysłu informacyjnego. Na tej podstawie rozwinęły się powiązane branże, takie jak oświetlenie, wyświetlacze, lasery i fotowoltaika. Są szeroko stosowane we współczesnych technologiach informatycznych i przemyśle wyświetlaczy optoelektronicznych.

Reprezentatywne materiały materiałów półprzewodnikowych trzeciej generacji obejmują azotek galu i węglik krzemu. Ze względu na szeroką przerwę wzbronioną, dużą prędkość dryfu nasycenia elektronów, wysoką przewodność cieplną i duże natężenie pola przebicia, są one idealnymi materiałami do wytwarzania urządzeń elektronicznych o dużej gęstości mocy, wysokiej częstotliwości i niskich stratach. Wśród nich urządzenia zasilające z węglika krzemu mają zalety wysokiej gęstości energii, niskiego zużycia energii i małych rozmiarów, a także mają szerokie perspektywy zastosowania w nowych pojazdach energetycznych, fotowoltaice, transporcie kolejowym, dużych zbiorach danych i innych dziedzinach. Urządzenia RF z azotku galu mają zalety wysokiej częstotliwości, dużej mocy, szerokiego pasma, niskiego zużycia energii i małych rozmiarów, a także mają szerokie perspektywy zastosowania w komunikacji 5G, Internecie rzeczy, radarach wojskowych i innych dziedzinach. Ponadto urządzenia zasilające na bazie azotku galu są szeroko stosowane w dziedzinie niskiego napięcia. Ponadto oczekuje się, że w ostatnich latach pojawiające się materiały z tlenku galu będą stanowić techniczną komplementarność z istniejącymi technologiami SiC i GaN i będą miały potencjalne perspektywy zastosowania w polach niskich częstotliwości i wysokiego napięcia.

W porównaniu z materiałami półprzewodnikowymi drugiej generacji, materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji mają szerszą szerokość pasma wzbronionego (szerokość pasma wzbronionego Si, typowego materiału materiału półprzewodnikowego pierwszej generacji, wynosi około 1,1 eV, szerokość pasma wzbronionego GaAs, typowego materiału półprzewodnika drugiej generacji wynosi około 1,42eV, a szerokość pasma wzbronionego GaN, typowego materiału półprzewodnika trzeciej generacji materiału przekracza 2,3eV), silniejsza odporność na promieniowanie, większa odporność na przebicie pola elektrycznego i wyższa odporność na temperaturę. Materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji o szerszej szerokości pasma wzbronionego są szczególnie odpowiednie do produkcji urządzeń elektronicznych odpornych na promieniowanie, o wysokiej częstotliwości, dużej mocy i dużej gęstości integracji. Ich zastosowania w mikrofalowych urządzeniach o częstotliwości radiowej, diodach LED, laserach, urządzeniach zasilających i innych dziedzinach wzbudziły duże zainteresowanie i wykazały szerokie perspektywy rozwoju w zakresie komunikacji mobilnej, inteligentnych sieci, transportu kolejowego, pojazdów nowej energii, elektroniki użytkowej oraz ultrafioletu i błękitu -urządzenia zielonego światła [1].