ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર GaN અને સંબંધિત એપિટેક્સિયલ ટેકનોલોજીનો પરિચય

૧. ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર

પ્રથમ પેઢીની સેમિકન્ડક્ટર ટેકનોલોજી Si અને Ge જેવી સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના આધારે વિકસાવવામાં આવી હતી. તે ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ ટેકનોલોજીના વિકાસ માટેનો ભૌતિક આધાર છે. પ્રથમ પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીએ 20મી સદીમાં ઇલેક્ટ્રોનિક ઉદ્યોગનો પાયો નાખ્યો હતો અને ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ ટેકનોલોજી માટે મૂળભૂત સામગ્રી છે.

બીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સમાં મુખ્યત્વે ગેલિયમ આર્સેનાઇડ, ઇન્ડિયમ ફોસ્ફાઇડ, ગેલિયમ ફોસ્ફાઇડ, ઇન્ડિયમ આર્સેનાઇડ, એલ્યુમિનિયમ આર્સેનાઇડ અને તેમના ટર્નરી સંયોજનોનો સમાવેશ થાય છે. બીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સ ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક માહિતી ઉદ્યોગનો પાયો છે. આ આધારે, લાઇટિંગ, ડિસ્પ્લે, લેસર અને ફોટોવોલ્ટેઇક્સ જેવા સંબંધિત ઉદ્યોગો વિકસાવવામાં આવ્યા છે. સમકાલીન માહિતી ટેકનોલોજી અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ડિસ્પ્લે ઉદ્યોગોમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.

ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સના પ્રતિનિધિ મટિરિયલ્સમાં ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ અને સિલિકોન કાર્બાઇડનો સમાવેશ થાય છે. તેમના વિશાળ બેન્ડ ગેપ, ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન સંતૃપ્તિ ડ્રિફ્ટ વેલોસિટી, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અને ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થને કારણે, તે ઉચ્ચ-પાવર ડેન્સિટી, ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઓછા-નુકસાનવાળા ઇલેક્ટ્રોનિક ડિવાઇસ તૈયાર કરવા માટે આદર્શ મટિરિયલ છે. તેમાંથી, સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવર ડિવાઇસમાં ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા, ઓછી ઉર્જા વપરાશ અને નાના કદના ફાયદા છે, અને નવા ઉર્જા વાહનો, ફોટોવોલ્ટેઇક્સ, રેલ પરિવહન, મોટા ડેટા અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ છે. ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ RF ડિવાઇસમાં ઉચ્ચ આવર્તન, ઉચ્ચ શક્તિ, વિશાળ બેન્ડવિડ્થ, ઓછી પાવર વપરાશ અને નાના કદના ફાયદા છે, અને 5G કોમ્યુનિકેશન, ઇન્ટરનેટ ઓફ થિંગ્સ, લશ્કરી રડાર અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ છે. વધુમાં, ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ-આધારિત પાવર ડિવાઇસનો લો-વોલ્ટેજ ફિલ્ડમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થયો છે. વધુમાં, તાજેતરના વર્ષોમાં, ઉભરતી ગેલિયમ ઓક્સાઇડ મટિરિયલ્સ હાલની SiC અને GaN ટેક્નોલોજીઓ સાથે તકનીકી પૂરકતા બનાવે તેવી અપેક્ષા છે, અને લો-આવર્તન અને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ફિલ્ડમાં સંભવિત એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ ધરાવે છે.

બીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સની તુલનામાં, ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સમાં વિશાળ બેન્ડગેપ પહોળાઈ હોય છે (પ્રથમ પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલની લાક્ષણિક સામગ્રી Si ની બેન્ડગેપ પહોળાઈ લગભગ 1.1eV છે, બીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલની લાક્ષણિક સામગ્રી GaA ની બેન્ડગેપ પહોળાઈ લગભગ 1.42eV છે, અને ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલની લાક્ષણિક સામગ્રી GaN ની બેન્ડગેપ પહોળાઈ 2.3eV થી વધુ છે), મજબૂત કિરણોત્સર્ગ પ્રતિકાર, ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ બ્રેકડાઉન માટે મજબૂત પ્રતિકાર અને ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર. પહોળી બેન્ડગેપ પહોળાઈ ધરાવતી ત્રીજી પેઢીની સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સ ખાસ કરીને રેડિયેશન-પ્રતિરોધક, ઉચ્ચ-આવર્તન, ઉચ્ચ-શક્તિ અને ઉચ્ચ-સંકલન-ઘનતા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે યોગ્ય છે. માઇક્રોવેવ રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ડિવાઇસ, LED, લેસરો, પાવર ડિવાઇસ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં તેમના ઉપયોગોએ ખૂબ ધ્યાન ખેંચ્યું છે, અને તેઓએ મોબાઇલ કોમ્યુનિકેશન્સ, સ્માર્ટ ગ્રીડ, રેલ ટ્રાન્ઝિટ, નવા ઉર્જા વાહનો, ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને વાદળી-લીલા પ્રકાશ ઉપકરણોમાં વ્યાપક વિકાસ સંભાવનાઓ દર્શાવી છે [1].