Uvod u poluvodički GaN treće generacije i srodnu epitaksijalnu tehnologiju

1. Poluvodiči treće generacije

Tehnologija poluvodiča prve generacije razvijena je na temelju poluvodičkih materijala poput Si i Ge. To je materijalna osnova za razvoj tranzistora i tehnologije integriranih krugova. Poluvodički materijali prve generacije postavili su temelje elektroničke industrije u 20. stoljeću i osnovni su materijali za tehnologiju integriranih krugova.

Poluvodički materijali druge generacije uglavnom uključuju galijev arsenid, indijev fosfid, galijev fosfid, indijev arsenid, aluminijev arsenid i njihove ternarne spojeve. Poluvodički materijali druge generacije temelj su optoelektroničke informacijske industrije. Na toj osnovi razvijene su srodne industrije poput rasvjete, zaslona, ​​lasera i fotonapona. Široko se koriste u suvremenoj informacijskoj tehnologiji i industriji optoelektronskih zaslona.

Reprezentativni materijali poluvodičkih materijala treće generacije uključuju galijev nitrid i silicijev karbid. Zbog širokog zabranjenog pojasa, velike brzine pomicanja zasićenja elektrona, visoke toplinske vodljivosti i visoke jakosti probojnog polja, idealni su materijali za izradu elektroničkih uređaja visoke gustoće snage, visoke frekvencije i niskih gubitaka. Među njima, uređaji za napajanje od silicijevog karbida imaju prednosti visoke gustoće energije, niske potrošnje energije i male veličine, te imaju široke mogućnosti primjene u vozilima s novom energijom, fotonaponskim sustavima, željezničkom prijevozu, velikim podacima i drugim područjima. RF uređaji od galijevog nitrida imaju prednosti visoke frekvencije, velike snage, široke propusnosti, niske potrošnje energije i male veličine, te imaju široke mogućnosti primjene u 5G komunikacijama, internetu stvari, vojnom radaru i drugim područjima. Osim toga, uređaji za napajanje na bazi galijevog nitrida široko se koriste u području niskog napona. Osim toga, posljednjih godina očekuje se da će novi materijali od galijevog oksida formirati tehničku komplementarnost s postojećim SiC i GaN tehnologijama te imati potencijalne mogućnosti primjene u područjima niske frekvencije i visokog napona.

U usporedbi s poluvodičkim materijalima druge generacije, poluvodički materijali treće generacije imaju veću širinu zabranjenog pojasa (širina zabranjenog pojasa Si, tipičnog materijala poluvodičkog materijala prve generacije, iznosi oko 1,1 eV, širina zabranjenog pojasa GaAs, tipičnog materijala poluvodičkog materijala druge generacije, iznosi oko 1,42 eV, a širina zabranjenog pojasa GaN, tipičnog materijala poluvodičkog materijala treće generacije, iznosi iznad 2,3 eV), jaču otpornost na zračenje, jaču otpornost na proboj električnog polja i veću temperaturnu otpornost. Poluvodički materijali treće generacije sa većom širinom zabranjenog pojasa posebno su prikladni za proizvodnju elektroničkih uređaja otpornih na zračenje, visoke frekvencije, velike snage i visoke gustoće integracije. Njihova primjena u mikrovalnim radiofrekventnim uređajima, LED diodama, laserima, energetskim uređajima i drugim područjima privukla je veliku pozornost i pokazala je široke razvojne izglede u mobilnim komunikacijama, pametnim mrežama, željezničkom prijevozu, vozilima nove energije, potrošačkoj elektronici te uređajima s ultraljubičastim i plavo-zelenim svjetlom [1].