Pengenalan kepada semikonduktor GaN generasi ketiga dan teknologi epitaksi yang berkaitan

1. Semikonduktor generasi ketiga

Teknologi semikonduktor generasi pertama dibangunkan berdasarkan bahan semikonduktor seperti Si dan Ge. Ia merupakan asas bahan untuk pembangunan transistor dan teknologi litar bersepadu. Bahan semikonduktor generasi pertama meletakkan asas untuk industri elektronik pada abad ke-20 dan merupakan bahan asas untuk teknologi litar bersepadu.

Bahan semikonduktor generasi kedua terutamanya merangkumi galium arsenida, indium fosfida, galium fosfida, indium arsenida, aluminium arsenida dan sebatian ternarinya. Bahan semikonduktor generasi kedua merupakan asas industri maklumat optoelektronik. Atas dasar ini, industri berkaitan seperti pencahayaan, paparan, laser dan fotovoltaik telah dibangunkan. Ia digunakan secara meluas dalam industri teknologi maklumat kontemporari dan paparan optoelektronik.

Bahan perwakilan bahan semikonduktor generasi ketiga termasuk galium nitrida dan silikon karbida. Disebabkan oleh jurang jalur yang luas, halaju hanyutan tepu elektron yang tinggi, kekonduksian terma yang tinggi, dan kekuatan medan pecahan yang tinggi, ia merupakan bahan yang ideal untuk menyediakan peranti elektronik berketumpatan kuasa tinggi, frekuensi tinggi, dan kehilangan rendah. Antaranya, peranti kuasa silikon karbida mempunyai kelebihan ketumpatan tenaga yang tinggi, penggunaan tenaga yang rendah, dan saiz yang kecil, dan mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam kenderaan tenaga baharu, fotovoltaik, pengangkutan kereta api, data raya, dan bidang lain. Peranti RF galium nitrida mempunyai kelebihan frekuensi tinggi, kuasa tinggi, lebar jalur yang luas, penggunaan kuasa yang rendah dan saiz yang kecil, dan mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam komunikasi 5G, Internet of Things, radar ketenteraan dan bidang lain. Di samping itu, peranti kuasa berasaskan galium nitrida telah digunakan secara meluas dalam bidang voltan rendah. Di samping itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahan galium oksida yang baru muncul dijangka membentuk pelengkap teknikal dengan teknologi SiC dan GaN sedia ada, dan mempunyai prospek aplikasi yang berpotensi dalam medan frekuensi rendah dan voltan tinggi.

Berbanding dengan bahan semikonduktor generasi kedua, bahan semikonduktor generasi ketiga mempunyai lebar celah jalur yang lebih lebar (lebar celah jalur Si, bahan tipikal bahan semikonduktor generasi pertama, adalah kira-kira 1.1eV, lebar celah jalur GaAs, bahan tipikal bahan semikonduktor generasi kedua, adalah kira-kira 1.42eV, dan lebar celah jalur GaN, bahan tipikal bahan semikonduktor generasi ketiga, adalah melebihi 2.3eV), rintangan sinaran yang lebih kuat, rintangan yang lebih kuat terhadap kerosakan medan elektrik, dan rintangan suhu yang lebih tinggi. Bahan semikonduktor generasi ketiga dengan lebar celah jalur yang lebih lebar amat sesuai untuk penghasilan peranti elektronik tahan sinaran, frekuensi tinggi, berkuasa tinggi dan berketumpatan integrasi tinggi. Aplikasinya dalam peranti frekuensi radio gelombang mikro, LED, laser, peranti kuasa dan bidang lain telah menarik banyak perhatian, dan ia telah menunjukkan prospek pembangunan yang luas dalam komunikasi mudah alih, grid pintar, transit kereta api, kenderaan tenaga baharu, elektronik pengguna, dan peranti cahaya ultraungu dan biru-hijau [1].