Úvod do polovodičů GaN třetí generace a související epitaxní technologie

1. Polovodiče třetí generace

Technologie polovodičů první generace byla vyvinuta na základě polovodičových materiálů, jako jsou Si a Ge. Je materiálovým základem pro vývoj tranzistorů a technologie integrovaných obvodů. Polovodičové materiály první generace položily základy elektronického průmyslu ve 20. století a jsou základními materiály pro technologii integrovaných obvodů.

Mezi polovodičové materiály druhé generace patří především arsenid galia, fosfid india, arsenid galia, arsenid india, arsenid hliníku a jejich ternární sloučeniny. Polovodičové materiály druhé generace jsou základem optoelektronického informačního průmyslu. Na tomto základě byla vyvinuta související odvětví, jako je osvětlení, displeje, lasery a fotovoltaika. Jsou široce používány v moderním průmyslu informačních technologií a optoelektronických displejů.

Mezi reprezentativní materiály polovodičových materiálů třetí generace patří nitrid galia a karbid křemíku. Díky široké šířce zakázaného pásu, vysoké rychlosti driftu elektronové saturace, vysoké tepelné vodivosti a vysoké intenzitě průrazného pole jsou ideálními materiály pro výrobu elektronických zařízení s vysokou hustotou výkonu, vysokou frekvencí a nízkými ztrátami. Mezi nimi mají výkonová zařízení z karbidu křemíku výhody vysoké hustoty energie, nízké spotřeby energie a malých rozměrů a mají široké uplatnění v nových energetických vozidlech, fotovoltaice, železniční dopravě, velkých datech a dalších oblastech. VF zařízení z nitridu galia mají výhody vysoké frekvence, vysokého výkonu, široké šířky pásma, nízké spotřeby energie a malých rozměrů a mají široké uplatnění v 5G komunikaci, internetu věcí, vojenském radaru a dalších oblastech. Kromě toho se výkonová zařízení na bázi nitridu galia široce používají v oblasti nízkého napětí. Kromě toho se v posledních letech očekává, že nově vznikající materiály z oxidu galia budou tvořit technickou komplementaritu se stávajícími technologiemi SiC a GaN a budou mít potenciální uplatnění v oblasti nízkého a vysokého napětí.

Ve srovnání s polovodičovými materiály druhé generace mají polovodičové materiály třetí generace širší šířku zakázaného pásma (šířka zakázaného pásma Si, typického materiálu polovodičového materiálu první generace, je asi 1,1 eV, šířka zakázaného pásma GaAs, typického materiálu polovodičového materiálu druhé generace, je asi 1,42 eV a šířka zakázaného pásma GaN, typického materiálu polovodičového materiálu třetí generace, je nad 2,3 eV), silnější radiační odolnost, silnější odolnost proti průrazu elektrickým polem a vyšší teplotní odolnost. Polovodičové materiály třetí generace s širší šířkou zakázaného pásma jsou obzvláště vhodné pro výrobu radiačně odolných, vysokofrekvenčních, výkonných a vysoce integračních elektronických zařízení. Jejich aplikace v mikrovlnných rádiofrekvenčních zařízeních, LED diodách, laserech, výkonových zařízeních a dalších oblastech přitahují velkou pozornost a vykazují široké rozvojové perspektivy v mobilní komunikaci, inteligentních sítích, železniční dopravě, vozidlech s novou energií, spotřební elektronice a zařízeních s ultrafialovým a modrozeleným světlem [1].