1. Kolmannen sukupolven puolijohteet
Ensimmäisen sukupolven puolijohdeteknologia kehitettiin puolijohdemateriaalien, kuten piin ja germiinin, pohjalta. Se on transistoreiden ja integroitujen piirien teknologian kehityksen materiaalinen perusta. Ensimmäisen sukupolven puolijohdemateriaalit loivat perustan elektroniikkateollisuudelle 1900-luvulla ja ovat integroitujen piirien teknologian perusmateriaaleja.
Toisen sukupolven puolijohdemateriaaleihin kuuluvat pääasiassa galliumarsenidi, indiumfosfidi, galliumfosfidi, indiumarsenidi, alumiiniarsenidi ja niiden kolmikomponenttiset yhdisteet. Toisen sukupolven puolijohdemateriaalit ovat optoelektronisen tietoteollisuuden perusta. Tältä pohjalta on kehitetty siihen liittyviä teollisuudenaloja, kuten valaistus, näyttö, laser ja aurinkosähkö. Niitä käytetään laajalti nykyaikaisessa tietotekniikassa ja optoelektronisen näytön teollisuudessa.
Kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalien edustavia materiaaleja ovat galliumnitridi ja piikarbidi. Laajan energiavälin, suuren elektronisaturaationopeuden, korkean lämmönjohtavuuden ja suuren läpilyöntikentän voimakkuuden ansiosta ne ovat ihanteellisia materiaaleja suuren tehotiheyden, korkeataajuuksien ja pienihäviöisten elektronisten laitteiden valmistukseen. Piikarbiditeholaitteilla on etuna korkea energiatiheys, alhainen energiankulutus ja pieni koko, ja niillä on laajat sovellusmahdollisuudet uusissa energianlähteissä, aurinkosähkössä, raideliikenteessä, big datassa ja muilla aloilla. Galliumnitridipohjaisilla radiotaajuuslaitteilla on etuna korkea taajuus, suuri teho, laaja kaistanleveys, alhainen virrankulutus ja pieni koko, ja niillä on laajat sovellusmahdollisuudet 5G-viestinnässä, esineiden internetissä, sotilastutkassa ja muilla aloilla. Lisäksi galliumnitridipohjaisia teholaitteita on käytetty laajalti pienjännitealalla. Viime vuosina uusien galliumoksidimateriaalien odotetaan muodostavan teknisen täydentävyyden olemassa oleville SiC- ja GaN-teknologioille, ja niillä on potentiaalisia sovellusmahdollisuuksia pientaajuus- ja suurjännitealoilla.
Verrattuna toisen sukupolven puolijohdemateriaaleihin, kolmannen sukupolven puolijohdemateriaaleilla on leveämpi energiavyön leveys (ensimmäisen sukupolven puolijohdemateriaalin tyypillisen materiaalin, Si:n, energiavyön leveys on noin 1,1 eV, toisen sukupolven puolijohdemateriaalin tyypillisen materiaalin, GaAs:n, energiavyön leveys on noin 1,42 eV ja kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalin tyypillisen materiaalin, GaN:n, energiavyön leveys on yli 2,3 eV), vahvempi säteilynkestävyys, vahvempi sähkökentän läpilyönnin kestävyys ja korkeampi lämpötilankestävyys. Leveämmän energiavyön leveyden omaavat kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalit soveltuvat erityisen hyvin säteilynkestävien, korkeataajuisten, suuritehoisten ja suuren integrointitiheyden omaavien elektronisten laitteiden valmistukseen. Niiden sovellukset mikroaaltoradiotaajuuslaitteissa, LEDeissä, lasereissa, teholaitteissa ja muilla aloilla ovat herättäneet paljon huomiota, ja ne ovat osoittaneet laajoja kehitysnäkymiä matkaviestinnässä, älykkäissä sähköverkoissa, raideliikenteessä, uusien energialähteiden ajoneuvoissa, kulutuselektroniikassa sekä ultravioletti- ja sinivihreissä valolaitteissa [1].
Julkaisun aika: 25. kesäkuuta 2024