Inleiding tot die derde generasie halfgeleier GaN en verwante epitaksiale tegnologie

1. Derde-generasie halfgeleiers

Die eerste-generasie halfgeleiertegnologie is ontwikkel op grond van halfgeleiermateriale soos Si en Ge. Dit is die materiaalbasis vir die ontwikkeling van transistors en geïntegreerde stroombaantegnologie. Die eerste-generasie halfgeleiermateriale het die grondslag gelê vir die elektroniese industrie in die 20ste eeu en is die basiese materiale vir geïntegreerde stroombaantegnologie.

Die tweede-generasie halfgeleiermateriale sluit hoofsaaklik galliumarsenied, indiumfosfied, galliumfosfied, indiumarsenied, aluminiumarsenied en hul ternêre verbindings in. Die tweede-generasie halfgeleiermateriale vorm die fondament van die opto-elektroniese inligtingsbedryf. Op grond hiervan is verwante nywerhede soos beligting, skerms, lasers en fotovoltaïese eenhede ontwikkel. Hulle word wyd gebruik in kontemporêre inligtingstegnologie- en opto-elektroniese skermnywerhede.

Verteenwoordigende materiale van die derde generasie halfgeleiermateriale sluit in galliumnitried en silikonkarbied. As gevolg van hul wye bandgaping, hoë elektronversadigingsdryfsnelheid, hoë termiese geleidingsvermoë en hoë deurslagveldsterkte, is hulle ideale materiale vir die voorbereiding van hoë-kragdigtheid, hoëfrekwensie en lae-verlies elektroniese toestelle. Onder hulle het silikonkarbied-kragtoestelle die voordele van hoë energiedigtheid, lae energieverbruik en klein grootte, en het breë toepassingsvooruitsigte in nuwe energievoertuie, fotovoltaïese, spoorvervoer, groot data en ander velde. Galliumnitried RF-toestelle het die voordele van hoë frekwensie, hoë krag, wye bandwydte, lae kragverbruik en klein grootte, en het breë toepassingsvooruitsigte in 5G-kommunikasie, die Internet van Dinge, militêre radar en ander velde. Daarbenewens is galliumnitried-gebaseerde kragtoestelle wyd gebruik in die laespanningsveld. Daarbenewens word verwag dat opkomende galliumoksiedmateriale in onlangse jare tegniese komplementariteit met bestaande SiC- en GaN-tegnologieë sal vorm, en potensiële toepassingsvooruitsigte in die laefrekwensie- en hoëspanningsvelde sal hê.

In vergelyking met die tweede-generasie halfgeleiermateriale, het die derde-generasie halfgeleiermateriale 'n wyer bandgapingwydte (die bandgapingwydte van Si, 'n tipiese materiaal van die eerste-generasie halfgeleiermateriaal, is ongeveer 1.1 eV, die bandgapingwydte van GaAs, 'n tipiese materiaal van die tweede-generasie halfgeleiermateriaal, is ongeveer 1.42 eV, en die bandgapingwydte van GaN, 'n tipiese materiaal van die derde-generasie halfgeleiermateriaal, is bo 2.3 eV), sterker stralingsweerstand, sterker weerstand teen elektriese veldonderbreking, en hoër temperatuurweerstand. Die derde-generasie halfgeleiermateriale met 'n wyer bandgapingwydte is veral geskik vir die produksie van stralingsbestande, hoëfrekwensie-, hoëkrag- en hoë-integrasiedigtheid elektroniese toestelle. Hul toepassings in mikrogolf-radiofrekwensietoestelle, LED's, lasers, kragtoestelle en ander velde het baie aandag getrek, en hulle het breë ontwikkelingsvooruitsigte getoon in mobiele kommunikasie, slimnetwerke, spoorvervoer, nuwe energievoertuie, verbruikerselektronika, en ultraviolet- en blougroen ligtoestelle [1].