Үшінші буын жартылай өткізгіш GaN және онымен байланысты эпитаксиалды технологияға кіріспе

1. Үшінші буын жартылай өткізгіштері

Бірінші буын жартылай өткізгіш технологиясы Si және Ge сияқты жартылай өткізгіш материалдар негізінде жасалды. Бұл транзисторлар мен интегралдық микросхемалар технологиясын дамытудың материалдық негізі болып табылады. Бірінші буын жартылай өткізгіш материалдары 20 ғасырда электроника өнеркәсібінің негізін қалады және интегралдық микросхемалар технологиясының негізгі материалдары болып табылады.

Екінші буын жартылай өткізгіш материалдарына негізінен галлий арсениді, индий фосфиді, галлий фосфиді, индий арсениді, алюминий арсениді және олардың үштік қосылыстары жатады. Екінші буын жартылай өткізгіш материалдары оптоэлектрондық ақпарат индустриясының негізі болып табылады. Осы негізде жарықтандыру, дисплей, лазер және фотоэлектрлік техника сияқты байланысты салалар дамыды. Олар қазіргі заманғы ақпараттық технологиялар мен оптоэлектрондық дисплей индустрияларында кеңінен қолданылады.

Үшінші буын жартылай өткізгіш материалдарының өкілдік материалдарына галлий нитриді және кремний карбиді жатады. Олардың кең жолақты саңылауы, электрондардың жоғары қанығу жылдамдығы, жоғары жылу өткізгіштігі және жоғары тесілу өрісінің беріктігі арқасында олар жоғары қуатты тығыздықты, жоғары жиілікті және төмен шығынды электрондық құрылғыларды дайындау үшін өте қолайлы материалдар болып табылады. Олардың ішінде кремний карбиді қуат құрылғылары жоғары энергия тығыздығы, төмен энергия тұтынуы және шағын өлшемдерінің артықшылықтарына ие және жаңа энергия көліктерінде, фотоэлектрлік техникада, теміржол көлігінде, үлкен деректерде және басқа да салаларда кең қолдану перспективасына ие. Галлий нитриді РФ құрылғылары жоғары жиілікті, жоғары қуатты, кең өткізу қабілеттілігі, төмен энергия тұтынуы және шағын өлшемдерінің артықшылықтарына ие және 5G байланысында, Заттар интернетінде, әскери радарда және басқа да салаларда кең қолдану перспективасына ие. Сонымен қатар, галлий нитридіне негізделген қуат құрылғылары төмен вольтты салада кеңінен қолданылуда. Сонымен қатар, соңғы жылдары жаңадан пайда болып жатқан галлий оксиді материалдары қолданыстағы SiC және GaN технологияларымен техникалық үйлесімділік қалыптастырады және төмен жиілікті және жоғары вольтты салаларда қолдану перспективасына ие болады деп күтілуде.

Екінші буын жартылай өткізгіш материалдарымен салыстырғанда, үшінші буын жартылай өткізгіш материалдарының өткізу жолағының ені кеңірек (бірінші буын жартылай өткізгіш материалының типтік материалы Si өткізу жолағының ені шамамен 1,1 эВ, екінші буын жартылай өткізгіш материалының типтік материалы GaAs өткізу жолағының ені шамамен 1,42 эВ, ал үшінші буын жартылай өткізгіш материалының типтік материалы GaN өткізу жолағының ені 2,3 эВ-тан жоғары), радиацияға төзімділігі жоғары, электр өрісінің бұзылуына төзімділігі жоғары және температураға төзімділігі жоғары. Өткізу жолағының ені кеңірек үшінші буын жартылай өткізгіш материалдары радиацияға төзімді, жоғары жиілікті, жоғары қуатты және жоғары интеграция тығыздығы бар электрондық құрылғыларды өндіруге өте қолайлы. Оларды микротолқынды радиожиілікті құрылғыларда, жарықдиодтарда, лазерлерде, қуат құрылғыларында және басқа да салаларда қолдану көпшіліктің назарын аударды және олар мобильді байланыс, ақылды желілер, теміржол транзиті, жаңа энергия көліктері, тұтыну электроникасы, ультракүлгін және көк-жасыл жарық құрылғыларында кең даму перспективаларын көрсетті [1].