Úvod do tretej generácie polovodiča GaN a súvisiacej epitaxnej technológie

1. Polovodiče tretej generácie

Prvá generácia polovodičovej technológie bola vyvinutá na základe polovodičových materiálov, ako sú Si a Ge. Je materiálnym základom pre vývoj tranzistorov a technológie integrovaných obvodov. Polovodičové materiály prvej generácie položili základ pre elektronický priemysel v 20. storočí a sú základnými materiálmi pre technológiu integrovaných obvodov.

Polovodičové materiály druhej generácie zahŕňajú hlavne arzenid gália, fosfid india, fosfid gália, arzenid india, arzenid hlinitý a ich ternárne zlúčeniny. Polovodičové materiály druhej generácie sú základom optoelektronického informačného priemyslu. Na tomto základe boli vyvinuté súvisiace odvetvia, ako je osvetlenie, zobrazovanie, laser a fotovoltaika. Sú široko používané v súčasných informačných technológiách a priemysle optoelektronických displejov.

Reprezentatívne materiály pre polovodičové materiály tretej generácie zahŕňajú nitrid gália a karbid kremíka. Vďaka svojej širokej šírke pásma, vysokej rýchlosti driftu elektrónovej saturácie, vysokej tepelnej vodivosti a vysokej prieraznej sile poľa sú ideálnymi materiálmi na prípravu vysokovýkonných, vysokofrekvenčných a nízkostratových elektronických zariadení. Medzi nimi majú energetické zariadenia z karbidu kremíka výhody vysokej hustoty energie, nízkej spotreby energie a malej veľkosti a majú široké uplatnenie v nových energetických vozidlách, fotovoltaike, železničnej doprave, veľkých dátach a iných oblastiach. RF zariadenia s nitridom gália majú výhody vysokej frekvencie, vysokého výkonu, širokej šírky pásma, nízkej spotreby energie a malej veľkosti a majú široké uplatnenie v 5G komunikácii, internete vecí, vojenských radaroch a iných oblastiach. Okrem toho sa v oblasti nízkeho napätia široko používajú energetické zariadenia na báze nitridu gália. Okrem toho sa v posledných rokoch očakáva, že vznikajúce materiály z oxidu gália budú technickú komplementaritu s existujúcimi technológiami SiC a GaN a budú mať potenciálne vyhliadky na uplatnenie v nízkofrekvenčných a vysokonapäťových oblastiach.

V porovnaní s polovodičovými materiálmi druhej generácie majú polovodičové materiály tretej generácie širšiu šírku pásma (šírka pásma Si, typický materiál polovodičového materiálu prvej generácie, je asi 1,1 eV, šírka pásma GaAs, typická materiál polovodičového materiálu druhej generácie je asi 1,42 eV a šírka bandgap GaN, typický materiál polovodičového materiálu tretej generácie, je nad 2,3 eV), silnejšia odolnosť voči žiareniu, silnejšia odolnosť voči poruchám elektrického poľa a vyššia teplotná odolnosť. Polovodičové materiály tretej generácie so širšou šírkou pásma sú vhodné najmä na výrobu elektronických zariadení odolných voči žiareniu, vysokej frekvencie, vysokého výkonu a vysokej hustoty integrácie. Ich aplikácie v mikrovlnných rádiofrekvenčných zariadeniach, LED, laseroch, energetických zariadeniach a iných oblastiach pritiahli veľkú pozornosť a ukázali široké možnosti rozvoja v oblasti mobilnej komunikácie, inteligentných sietí, železničnej dopravy, nových energetických vozidiel, spotrebnej elektroniky a ultrafialového a modrého žiarenia. -zariadenia na zelené svetlo [1].