Introducere în a treia generație de semiconductor GaN și tehnologia epitaxială aferentă

1. Semiconductori de a treia generație

Tehnologia semiconductoare de prima generație a fost dezvoltată pe baza materialelor semiconductoare precum Si și Ge. Este baza materială pentru dezvoltarea tranzistorilor și a tehnologiei circuitelor integrate. Materialele semiconductoare de prima generație au pus bazele industriei electronice în secolul al XX-lea și sunt materialele de bază pentru tehnologia circuitelor integrate.

Materialele semiconductoare din a doua generație includ în principal arseniura de galiu, fosfura de indiu, fosfura de galiu, arseniura de indiu, arseniura de aluminiu și compușii lor ternari. Materialele semiconductoare de a doua generație reprezintă fundamentul industriei informaționale optoelectronice. Pe această bază, au fost dezvoltate industrii conexe precum iluminatul, afișajul, laserul și fotovoltaica. Sunt utilizate pe scară largă în tehnologia informației contemporane și în industriile de afișare optoelectronice.

Materialele reprezentative ale materialelor semiconductoare de a treia generație includ nitrura de galiu și carbura de siliciu. Datorită intervalului lor mare de bandă, vitezei mari de saturație a electronilor, conductivității termice ridicate și intensității mari a câmpului de defalcare, acestea sunt materiale ideale pentru prepararea dispozitivelor electronice cu densitate mare de putere, frecvență înaltă și pierderi reduse. Printre acestea, dispozitivele de putere cu carbură de siliciu au avantajele unei densități mari de energie, consum redus de energie și dimensiuni reduse și au perspective largi de aplicare în vehicule cu energie noi, fotovoltaice, transport feroviar, date mari și alte domenii. Dispozitivele RF cu nitrură de galiu au avantajele de înaltă frecvență, putere mare, lățime de bandă largă, consum redus de energie și dimensiuni reduse și au perspective largi de aplicare în comunicațiile 5G, Internetul lucrurilor, radarul militar și alte domenii. În plus, dispozitivele de putere pe bază de nitrură de galiu au fost utilizate pe scară largă în domeniul de joasă tensiune. În plus, în ultimii ani, materialele emergente de oxid de galiu sunt de așteptat să formeze complementaritate tehnică cu tehnologiile existente SiC și GaN și să aibă perspective potențiale de aplicare în câmpurile de joasă frecvență și înaltă tensiune.

În comparație cu materialele semiconductoare din a doua generație, materialele semiconductoare din a treia generație au o lățime de bandgap mai mare (lățimea bandgap-ului de Si, un material tipic al materialului semiconductor din prima generație, este de aproximativ 1,1 eV, lățimea bandgap-ului GaAs, un tipic materialul semiconductorului de a doua generație, este de aproximativ 1,42 eV, iar lățimea benzii interzise a GaN, un material tipic pentru materialul semiconductor de a treia generație, este peste 2,3 eV), rezistență mai puternică la radiații, rezistență mai puternică la defalcarea câmpului electric și rezistență mai mare la temperatură. Materialele semiconductoare de a treia generație cu lățime de bandă interzisă mai mare sunt potrivite în special pentru producerea de dispozitive electronice rezistente la radiații, de înaltă frecvență, de mare putere și de înaltă densitate de integrare. Aplicațiile lor în dispozitive de radiofrecvență cu microunde, LED-uri, lasere, dispozitive de alimentare și alte domenii au atras multă atenție și au arătat perspective largi de dezvoltare în comunicațiile mobile, rețelele inteligente, tranzitul feroviar, vehiculele cu energie nouă, electronicele de consum și ultravioletele și albastru. -dispozitive cu lumină verde [1].