Introducere în GaN, semiconductor de a treia generație, și tehnologia epitaxială aferentă

1. Semiconductori de a treia generație

Tehnologia semiconductorilor de primă generație a fost dezvoltată pe baza materialelor semiconductoare precum Si și Ge. Aceasta reprezintă baza materială pentru dezvoltarea tranzistoarelor și a tehnologiei circuitelor integrate. Materialele semiconductoare de primă generație au pus bazele industriei electronice în secolul al XX-lea și sunt materialele de bază pentru tehnologia circuitelor integrate.

Materialele semiconductoare de a doua generație includ în principal arsenură de galiu, fosfură de indiu, fosfură de galiu, arsenură de indiu, arsenură de aluminiu și compușii lor ternari. Materialele semiconductoare de a doua generație stau la baza industriei informației optoelectronice. Pe această bază s-au dezvoltat industrii conexe, cum ar fi iluminatul, afișajele, laserele și fotovoltaica. Acestea sunt utilizate pe scară largă în industria contemporană a tehnologiei informației și a afișajelor optoelectronice.

Printre materialele reprezentative ale materialelor semiconductoare de a treia generație se numără nitrura de galiu și carbura de siliciu. Datorită benzii lor interzise largi, vitezei mari de derivă a saturației electronilor, conductivității termice ridicate și intensității ridicate a câmpului de străpungere, acestea sunt materiale ideale pentru prepararea dispozitivelor electronice cu densitate mare de putere, frecvență înaltă și pierderi reduse. Printre acestea, dispozitivele de alimentare cu carbură de siliciu au avantajele densității mari de energie, consumului redus de energie și dimensiunilor reduse și au perspective largi de aplicare în vehiculele cu energie nouă, fotovoltaică, transport feroviar, big data și alte domenii. Dispozitivele RF cu nitrură de galiu au avantajele frecvenței înalte, puterii mari, lățimii de bandă largi, consumului redus de energie și dimensiunilor reduse și au perspective largi de aplicare în comunicațiile 5G, Internetul Lucrurilor, radarul militar și alte domenii. În plus, dispozitivele de alimentare pe bază de nitrură de galiu au fost utilizate pe scară largă în domeniul joasei tensiuni. În plus, în ultimii ani, se așteaptă ca materialele emergente de oxid de galiu să formeze o complementaritate tehnică cu tehnologiile existente de SiC și GaN și să aibă perspective potențiale de aplicare în domeniile de joasă frecvență și înaltă tensiune.

Comparativ cu materialele semiconductoare de a doua generație, materialele semiconductoare de a treia generație au o lățime a benzii interzise mai mare (lățimea benzii interzise a Si, un material tipic pentru materialele semiconductoare de primă generație, este de aproximativ 1,1 eV, lățimea benzii interzise a GaAs, un material tipic pentru materialele semiconductoare de a doua generație, este de aproximativ 1,42 eV, iar lățimea benzii interzise a GaN, un material tipic pentru materialele semiconductoare de a treia generație, este peste 2,3 eV), o rezistență mai mare la radiații, o rezistență mai mare la defectarea câmpului electric și o rezistență mai mare la temperatură. Materialele semiconductoare de a treia generație cu o lățime a benzii interzise mai mare sunt deosebit de potrivite pentru producerea de dispozitive electronice rezistente la radiații, de înaltă frecvență, mare putere și densitate mare de integrare. Aplicațiile lor în dispozitivele cu radiofrecvență cu microunde, LED-uri, lasere, dispozitive de alimentare și alte domenii au atras multă atenție și au demonstrat perspective largi de dezvoltare în comunicațiile mobile, rețelele inteligente, transportul feroviar, vehiculele cu energie nouă, electronica de larg consum și dispozitivele cu lumină ultravioletă și albastru-verde [1].