Üçüncü nesil yarı iletken GaN ve ilgili epitaksiyel teknolojiye giriş

1. Üçüncü nesil yarı iletkenler

Birinci nesil yarı iletken teknolojisi, Si ve Ge gibi yarı iletken malzemelere dayanarak geliştirildi. Transistörlerin ve entegre devre teknolojisinin geliştirilmesinin maddi temelidir. Birinci nesil yarı iletken malzemeler 20. yüzyılda elektronik endüstrisinin temellerini atmış olup, entegre devre teknolojisinin temel malzemeleridir.

İkinci nesil yarı iletken malzemeler esas olarak galyum arsenit, indiyum fosfit, galyum fosfit, indiyum arsenit, alüminyum arsenit ve bunların üçlü bileşiklerini içerir. İkinci nesil yarı iletken malzemeler optoelektronik bilgi endüstrisinin temelini oluşturur. Bu temelde aydınlatma, ekran, lazer ve fotovoltaik gibi ilgili endüstriler geliştirildi. Çağdaş bilgi teknolojisi ve optoelektronik ekran endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin temsili malzemeleri galyum nitrür ve silisyum karbür içerir. Geniş bant aralığı, yüksek elektron doygunluğu sürüklenme hızı, yüksek ısı iletkenliği ve yüksek kırılma alanı kuvveti nedeniyle, yüksek güç yoğunluğu, yüksek frekans ve düşük kayıplı elektronik cihazların hazırlanması için ideal malzemelerdir. Bunlar arasında silisyum karbür güç cihazları, yüksek enerji yoğunluğu, düşük enerji tüketimi ve küçük boyut avantajlarına sahiptir ve yeni enerji araçları, fotovoltaik, demiryolu taşımacılığı, büyük veri ve diğer alanlarda geniş uygulama beklentilerine sahiptir. Galyum nitrür RF cihazları, yüksek frekans, yüksek güç, geniş bant genişliği, düşük güç tüketimi ve küçük boyut avantajlarına sahiptir ve 5G iletişiminde, Nesnelerin İnterneti'nde, askeri radarda ve diğer alanlarda geniş uygulama beklentilerine sahiptir. Ayrıca galyum nitrür bazlı güç cihazları alçak gerilim alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, son yıllarda ortaya çıkan galyum oksit malzemelerinin mevcut SiC ve GaN teknolojileriyle teknik tamamlayıcılık oluşturması ve düşük frekans ve yüksek voltaj alanlarında potansiyel uygulama beklentilerine sahip olması bekleniyor.

İkinci nesil yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında, üçüncü nesil yarı iletken malzemeler daha geniş bant aralığı genişliğine sahiptir (birinci nesil yarı iletken malzemenin tipik bir malzemesi olan Si'nin bant aralığı genişliği yaklaşık 1.1eV'dir, GaAs'ın bant aralığı genişliği tipiktir) İkinci nesil yarı iletken malzemenin malzemesi yaklaşık 1,42eV'dir ve üçüncü nesil yarı iletken malzemenin tipik bir malzemesi olan GaN'nin bant aralığı genişliği 2,3eV'nin üzerindedir, daha güçlüdür radyasyon direnci, elektrik alanı bozulmasına karşı daha güçlü direnç ve daha yüksek sıcaklık direnci. Daha geniş bant aralığı genişliğine sahip üçüncü nesil yarı iletken malzemeler özellikle radyasyona dayanıklı, yüksek frekanslı, yüksek güçlü ve yüksek entegrasyon yoğunluklu elektronik cihazların üretimi için uygundur. Mikrodalga radyo frekans cihazları, LED'ler, lazerler, güç cihazları ve diğer alanlardaki uygulamaları büyük ilgi gördü ve mobil iletişim, akıllı şebekeler, demiryolu taşımacılığı, yeni enerji araçları, tüketici elektroniği ve ultraviyole ve mavi alanlarında geniş gelişme umutları gösterdiler. -yeşil ışıklı cihazlar [1].