Uvod u poluprovodnički GaN treće generacije i srodnu epitaksijalnu tehnologiju

1. Poluprovodnici treće generacije

Tehnologija poluprovodnika prve generacije razvijena je na bazi poluprovodničkih materijala kao što su Si i Ge. To je materijalna osnova za razvoj tranzistora i tehnologije integriranih kola. Poluprovodnički materijali prve generacije postavili su temelje elektroničke industrije u 20. stoljeću i osnovni su materijali za tehnologiju integriranih kola.

Poluprovodnički materijali druge generacije uglavnom uključuju galijum arsenid, indijum fosfid, galijum fosfid, indijum arsenid, aluminijum arsenid i njihove ternarne spojeve. Poluprovodnički materijali druge generacije su temelj optoelektronske informacione industrije. Na toj osnovi razvijene su srodne industrije kao što su rasvjeta, displeji, laseri i fotonaponski sistemi. Široko se koriste u savremenoj informacionoj tehnologiji i industriji optoelektronskih displeja.

Reprezentativni materijali poluprovodničkih materijala treće generacije uključuju galij nitrid i silicijum karbid. Zbog širokog zabranjenog pojasa, velike brzine drifta zasićenja elektrona, visoke toplinske provodljivosti i visoke jačine probojnog polja, idealni su materijali za izradu elektronskih uređaja visoke gustoće snage, visoke frekvencije i niskih gubitaka. Među njima, uređaji za napajanje od silicijum karbida imaju prednosti visoke gustoće energije, niske potrošnje energije i male veličine, te imaju široke mogućnosti primjene u vozilima s novom energijom, fotonaponskim sistemima, željezničkom transportu, velikim podacima i drugim oblastima. RF uređaji od galij nitrida imaju prednosti visoke frekvencije, velike snage, širokog propusnog opsega, niske potrošnje energije i male veličine, te imaju široke mogućnosti primjene u 5G komunikacijama, internetu stvari, vojnom radaru i drugim oblastima. Osim toga, uređaji za napajanje na bazi galij nitrida široko se koriste u oblasti niskog napona. Osim toga, posljednjih godina očekuje se da će novi materijali od galij oksida formirati tehničku komplementarnost s postojećim SiC i GaN tehnologijama, te imati potencijalne mogućnosti primjene u oblastima niskih frekvencija i visokog napona.

U poređenju sa poluprovodničkim materijalima druge generacije, poluprovodnički materijali treće generacije imaju veću širinu zabranjenog pojasa (širina zabranjenog pojasa Si, tipičnog materijala poluprovodničkog materijala prve generacije, iznosi oko 1,1 eV, širina zabranjenog pojasa GaAs, tipičnog materijala poluprovodničkog materijala druge generacije, iznosi oko 1,42 eV, a širina zabranjenog pojasa GaN, tipičnog materijala poluprovodničkog materijala treće generacije, iznosi iznad 2,3 eV), jaču otpornost na zračenje, jaču otpornost na proboj električnog polja i veću temperaturnu otpornost. Poluprovodnički materijali treće generacije sa većom širinom zabranjenog pojasa posebno su pogodni za proizvodnju elektronskih uređaja otpornih na zračenje, visoke frekvencije, velike snage i visoke gustine integracije. Njihova primjena u mikrotalasnim radiofrekventnim uređajima, LED diodama, laserima, energetskim uređajima i drugim oblastima privukla je mnogo pažnje i pokazala je široke razvojne izglede u mobilnim komunikacijama, pametnim mrežama, željezničkom tranzitu, vozilima nove energije, potrošačkoj elektronici i uređajima sa ultraljubičastim i plavo-zelenim svjetlom [1].