Uvod v tretjo generacijo polprevodnikov GaN in sorodno epitaksialno tehnologijo

1. Polprevodniki tretje generacije

Polprevodniška tehnologija prve generacije je bila razvita na osnovi polprevodniških materialov, kot sta Si in Ge. Je materialna osnova za razvoj tranzistorjev in tehnologije integriranih vezij. Polprevodniški materiali prve generacije so postavili temelje za elektronsko industrijo v 20. stoletju in so osnovni materiali za tehnologijo integriranih vezij.

Polprevodniški materiali druge generacije vključujejo predvsem galijev arzenid, indijev fosfid, galijev fosfid, indijev arzenid, aluminijev arzenid in njihove ternarne spojine. Polprevodniški materiali druge generacije so temelj industrije optoelektronskih informacij. Na tej podlagi so se razvile sorodne industrije, kot so razsvetljava, zasloni, laser in fotovoltaika. Široko se uporabljajo v sodobni industriji informacijske tehnologije in optoelektronskih zaslonov.

Reprezentativni materiali polprevodniških materialov tretje generacije vključujejo galijev nitrid in silicijev karbid. Zaradi njihove široke vrzeli v pasu, visoke hitrosti nasičenosti z elektroni, visoke toplotne prevodnosti in visoke prebojne poljske jakosti so idealni materiali za pripravo elektronskih naprav z visoko gostoto moči, visoko frekvenco in nizkimi izgubami. Med njimi imajo napajalne naprave iz silicijevega karbida prednosti visoke energijske gostote, nizke porabe energije in majhnosti ter imajo široke možnosti uporabe v novih energetskih vozilih, fotovoltaiki, železniškem prometu, velikih podatkih in drugih področjih. Naprave RF iz galijevega nitrida imajo prednosti visoke frekvence, velike moči, široke pasovne širine, nizke porabe energije in majhnosti ter imajo široke možnosti uporabe v komunikacijah 5G, internetu stvari, vojaškem radarju in drugih področjih. Poleg tega se napajalne naprave na osnovi galijevega nitrida pogosto uporabljajo v nizkonapetostnem polju. Poleg tega se v zadnjih letih pričakuje, da bodo nastajajoči materiali galijevega oksida tvorili tehnično komplementarnost z obstoječimi tehnologijami SiC in GaN ter imeli potencialne možnosti uporabe v nizkofrekvenčnih in visokonapetostnih poljih.

V primerjavi s polprevodniškimi materiali druge generacije imajo polprevodniški materiali tretje generacije širšo pasovno širino (širina pasovne širine Si, tipičnega materiala polprevodniškega materiala prve generacije, je približno 1,1 eV, širina pasovne širine GaAs, značilna material polprevodniškega materiala druge generacije je približno 1,42 eV, širina pasovne širine GaN, tipičnega materiala polprevodniškega materiala tretje generacije, je nad 2,3 eV), močnejša odpornost proti sevanju, močnejša odpornost proti razpadu električnega polja in višja temperaturna odpornost. Polprevodniški materiali tretje generacije s širšo pasovno širino so še posebej primerni za proizvodnjo elektronskih naprav, odpornih na sevanje, z visoko frekvenco, visoko močjo in gostoto integracije. Njihove aplikacije v mikrovalovnih radiofrekvenčnih napravah, LED, laserjih, napajalnih napravah in na drugih področjih so pritegnile veliko pozornosti in pokazale so široke razvojne možnosti v mobilnih komunikacijah, pametnih omrežjih, železniškem prometu, novih energetskih vozilih, potrošniški elektroniki ter ultravijoličnem in modrem - naprave za zeleno luč [1].