Įvadas į trečiosios kartos puslaidininkinį GaN ir susijusią epitaksinę technologiją

1. Trečiosios kartos puslaidininkiai

Pirmosios kartos puslaidininkių technologija buvo sukurta remiantis puslaidininkinėmis medžiagomis, tokiomis kaip Si ir Ge. Tai yra materialus tranzistorių ir integrinių grandynų technologijos kūrimo pagrindas. Pirmosios kartos puslaidininkinės medžiagos padėjo pamatus elektronikos pramonei XX amžiuje ir yra pagrindinė medžiaga integrinių grandynų technologijai.

Antros kartos puslaidininkinės medžiagos daugiausia apima galio arsenidą, indžio fosfidą, galio fosfidą, indžio arsenidą, aliuminio arsenidą ir jų trijų komponentų junginius. Antros kartos puslaidininkinės medžiagos yra optoelektroninės informacijos pramonės pagrindas. Jos pagrindu buvo sukurtos susijusios pramonės šakos, tokios kaip apšvietimas, ekranai, lazeriai ir fotovoltinė įranga. Jos plačiai naudojamos šiuolaikinėse informacinių technologijų ir optoelektroninių ekranų pramonės šakose.

Trečiosios kartos puslaidininkinių medžiagų tipinės medžiagos yra galio nitridas ir silicio karbidas. Dėl plataus draudžiamojo tarpo, didelio elektronų prisotinimo dreifo greičio, didelio šilumos laidumo ir didelio pramušimo lauko stiprio jos yra idealios medžiagos didelio galingumo tankio, aukšto dažnio ir mažo nuostolio elektroniniams prietaisams gaminti. Iš jų silicio karbido galios įtaisai pasižymi dideliu energijos tankiu, mažu energijos suvartojimu ir mažu dydžiu, todėl turi plačias taikymo perspektyvas naujose energijos transporto priemonėse, fotovoltinėse sistemose, geležinkelių transporte, dideliuose duomenyse ir kitose srityse. Galio nitrido RF įtaisai turi aukšto dažnio, didelės galios, plataus pralaidumo, mažo energijos suvartojimo ir mažo dydžio privalumus, todėl turi plačias taikymo perspektyvas 5G ryšiuose, daiktų internete, kariniuose radaruose ir kitose srityse. Be to, galio nitrido pagrindu pagaminti galios įtaisai buvo plačiai naudojami žemos įtampos srityje. Be to, pastaraisiais metais tikimasi, kad atsirandančios galio oksido medžiagos techniškai papildys esamas SiC ir GaN technologijas ir turės potencialių taikymo perspektyvų žemos dažnio ir aukštos įtampos srityse.

Palyginti su antros kartos puslaidininkinėmis medžiagomis, trečios kartos puslaidininkinės medžiagos pasižymi platesniu draudžiamuoju tarpu (Si, tipinės pirmos kartos puslaidininkinės medžiagos medžiagos, draudžiamojo tarpo plotis yra apie 1,1 eV, GaAs, tipinės antros kartos puslaidininkinės medžiagos medžiagos, draudžiamojo tarpo plotis yra apie 1,42 eV, o GaN, tipinės trečios kartos puslaidininkinės medžiagos medžiagos, draudžiamojo tarpo plotis yra didesnis nei 2,3 eV), didesniu atsparumu spinduliuotei, didesniu atsparumu elektrinio lauko pramušimui ir didesniu atsparumu temperatūrai. Trečios kartos puslaidininkinės medžiagos, pasižyminčios platesniu draudžiamuoju tarpu, ypač tinka spinduliuotei atsparių, aukšto dažnio, didelės galios ir didelio integravimo tankio elektroninių prietaisų gamybai. Jų pritaikymas mikrobangų radijo dažnių prietaisuose, šviesos dioduose, lazeriuose, galios prietaisuose ir kitose srityse sulaukė didelio dėmesio ir parodė plačias plėtros perspektyvas mobiliojo ryšio, išmaniųjų tinklų, geležinkelių transporto, naujų energijos šaltinių transporto priemonių, plataus vartojimo elektronikos ir ultravioletinių bei mėlynai žalių šviesos prietaisų srityse [1].