Introduktion till tredje generationens halvledare GaN och relaterad epitaxialteknologi

1. Tredje generationens halvledare

Den första generationens halvledarteknologi utvecklades baserat på halvledarmaterial som Si och Ge. Det är den materiella grunden för utvecklingen av transistorer och integrerad kretsteknik. Den första generationens halvledarmaterial lade grunden för den elektroniska industrin på 1900-talet och är grundmaterialet för integrerad kretsteknik.

Andra generationens halvledarmaterial inkluderar huvudsakligen galliumarsenid, indiumfosfid, galliumfosfid, indiumarsenid, aluminiumarsenid och deras ternära föreningar. Andra generationens halvledarmaterial är grunden för den optoelektroniska informationsindustrin. På grundval av detta har relaterade industrier som belysning, display, laser och solceller utvecklats. De används i stor utsträckning inom modern informationsteknologi och optoelektronisk displayindustri.

Representativa material i tredje generationens halvledarmaterial inkluderar galliumnitrid och kiselkarbid. På grund av deras breda bandgap, höga elektronmättnadsdrifthastighet, höga värmeledningsförmåga och höga genombrottsfältstyrka är de idealiska material för att förbereda elektroniska enheter med hög effekttäthet, hög frekvens och låg förlust. Bland dem har kraftenheter av kiselkarbid fördelarna med hög energitäthet, låg energiförbrukning och liten storlek, och har breda tillämpningsmöjligheter inom nya energifordon, solceller, järnvägstransporter, big data och andra områden. Galliumnitrid RF-enheter har fördelarna med hög frekvens, hög effekt, bred bandbredd, låg strömförbrukning och liten storlek, och har breda tillämpningsmöjligheter inom 5G-kommunikation, Internet of Things, militär radar och andra områden. Dessutom har galliumnitrid-baserade kraftenheter använts i stor utsträckning inom lågspänningsområdet. Dessutom, under de senaste åren, förväntas framväxande galliumoxidmaterial utgöra teknisk komplementaritet med befintliga SiC- och GaN-teknologier och ha potentiella tillämpningsmöjligheter inom lågfrekventa och högspänningsfält.

Jämfört med andra generationens halvledarmaterial har tredje generationens halvledarmaterial bredare bandgapbredd (bandgapbredden för Si, ett typiskt material i första generationens halvledarmaterial, är cirka 1,1 eV, bandgapbredden för GaAs, en typisk material i andra generationens halvledarmaterial är cirka 1,42 eV och bandgapets bredd av GaN, ett typiskt material i tredje generationens halvledarmaterial, är över 2,3 eV), starkare strålningsmotstånd, starkare motstånd mot elektriskt fältnedbrytning och högre temperaturmotstånd. Den tredje generationens halvledarmaterial med bredare bandgap är särskilt lämpliga för produktion av strålningsbeständiga, högfrekventa, högeffekts- och högintegrationsdensitetselektronikenheter. Deras applikationer inom mikrovågsradiofrekvensenheter, lysdioder, lasrar, kraftenheter och andra områden har väckt stor uppmärksamhet och de har visat breda utvecklingsmöjligheter inom mobil kommunikation, smarta nät, järnvägstransitering, nya energifordon, konsumentelektronik och ultraviolett och blått -grönt ljus enheter [1].