Uvod v polprevodniški GaN tretje generacije in sorodno epitaksialno tehnologijo

1. Polprevodniki tretje generacije

Polprevodniška tehnologija prve generacije je bila razvita na osnovi polprevodniških materialov, kot sta Si in Ge. Je materialna osnova za razvoj tranzistorjev in tehnologije integriranih vezij. Polprevodniški materiali prve generacije so postavili temelje elektronske industrije v 20. stoletju in so osnovni materiali za tehnologijo integriranih vezij.

Polprevodniški materiali druge generacije vključujejo predvsem galijev arzenid, indijev fosfid, galijev fosfid, indijev arzenid, aluminijev arzenid in njihove ternarne spojine. Polprevodniški materiali druge generacije so temelj optoelektronske informacijske industrije. Na tej osnovi so bile razvite sorodne industrije, kot so razsvetljava, zasloni, laserji in fotovoltaika. Široko se uporabljajo v sodobni informacijski tehnologiji in industriji optoelektronskih zaslonov.

Reprezentativni materiali polprevodniških materialov tretje generacije vključujejo galijev nitrid in silicijev karbid. Zaradi široke pasovne vrzeli, visoke hitrosti drifta nasičenosti elektronov, visoke toplotne prevodnosti in visoke jakosti prebojnega polja so idealni materiali za izdelavo elektronskih naprav z visoko gostoto moči, visoko frekvenco in nizkimi izgubami. Med njimi imajo napajalne naprave iz silicijevega karbida prednosti visoke energijske gostote, nizke porabe energije in majhne velikosti ter široke možnosti uporabe v vozilih z novo energijo, fotovoltaiki, železniškem prometu, velikih podatkih in drugih področjih. RF-naprave iz galijevega nitrida imajo prednosti visoke frekvence, velike moči, široke pasovne širine, nizke porabe energije in majhne velikosti ter široke možnosti uporabe v komunikacijah 5G, internetu stvari, vojaškem radarju in drugih področjih. Poleg tega se napajalne naprave na osnovi galijevega nitrida pogosto uporabljajo na področju nizke napetosti. Poleg tega se v zadnjih letih pričakuje, da bodo novi materiali iz galijevega oksida tehnično dopolnjevali obstoječe tehnologije SiC in GaN ter imeli potencialne možnosti uporabe na področju nizke in visoke napetosti.

V primerjavi s polprevodniškimi materiali druge generacije imajo polprevodniški materiali tretje generacije širšo širino pasovne reže (širina pasovne reže Si, tipičnega materiala polprevodniškega materiala prve generacije, je približno 1,1 eV, širina pasovne reže GaAs, tipičnega materiala polprevodniškega materiala druge generacije, je približno 1,42 eV, širina pasovne reže GaN, tipičnega materiala polprevodniškega materiala tretje generacije, pa je nad 2,3 eV), močnejšo odpornost na sevanje, močnejšo odpornost na preboj električnega polja in višjo temperaturno odpornost. Polprevodniški materiali tretje generacije s širšo širino pasovne reže so še posebej primerni za proizvodnjo sevalno odpornih, visokofrekvenčnih, visokozmogljivih elektronskih naprav z visoko gostoto integracije. Njihova uporaba v mikrovalovnih radiofrekvenčnih napravah, LED diodah, laserjih, energetskih napravah in drugih področjih je pritegnila veliko pozornosti in pokazala široke razvojne možnosti v mobilnih komunikacijah, pametnih omrežjih, železniškem prometu, vozilih z novo energijo, potrošniški elektroniki ter napravah z ultravijolično in modro-zeleno svetlobo [1].