Introduktion till tredje generationens halvledar-GaN och relaterad epitaxiell teknik

1. Tredje generationens halvledare

Första generationens halvledarteknik utvecklades baserat på halvledarmaterial som Si och Ge. Det är den materiella grunden för utvecklingen av transistorer och integrerad kretsteknik. Första generationens halvledarmaterial lade grunden för elektronikindustrin under 1900-talet och är de grundläggande materialen för integrerad kretsteknik.

Andra generationens halvledarmaterial omfattar huvudsakligen galliumarsenid, indiumfosfid, galliumfosfid, indiumarsenid, aluminiumarsenid och deras ternära föreningar. Andra generationens halvledarmaterial är grunden för den optoelektroniska informationsindustrin. På grundval av detta har relaterade industrier som belysning, display, laser och solceller utvecklats. De används i stor utsträckning inom modern informationsteknik och optoelektroniska displayindustrin.

Representativa material för tredje generationens halvledarmaterial inkluderar galliumnitrid och kiselkarbid. På grund av deras breda bandgap, höga elektronmättnadsdrifthastighet, höga värmeledningsförmåga och höga genombrottsfältstyrka är de idealiska material för att framställa elektroniska komponenter med hög effekttäthet, hög frekvens och låga förluster. Bland dem har kiselkarbid-kraftkomponenter fördelarna med hög energitäthet, låg energiförbrukning och liten storlek, och har breda tillämpningsmöjligheter inom nya energifordon, solceller, järnvägstransporter, big data och andra områden. Galliumnitrid RF-komponenter har fördelarna med hög frekvens, hög effekt, bred bandbredd, låg strömförbrukning och liten storlek, och har breda tillämpningsmöjligheter inom 5G-kommunikation, sakernas internet, militär radar och andra områden. Dessutom har galliumnitridbaserade kraftkomponenter använts i stor utsträckning inom lågspänningsområdet. Dessutom förväntas nya galliumoxidmaterial under senare år bilda teknisk komplementaritet med befintliga SiC- och GaN-tekniker, och ha potentiella tillämpningsmöjligheter inom lågfrekvens- och högspänningsområdena.

Jämfört med andra generationens halvledarmaterial har tredje generationens halvledarmaterial en bredare bandgapbredd (bandgapbredd för Si, ett typiskt material i första generationens halvledarmaterial, är cirka 1,1 eV, bandgapbredd för GaAs, ett typiskt material i andra generationens halvledarmaterial, är cirka 1,42 eV, och bandgapbredd för GaN, ett typiskt material i tredje generationens halvledarmaterial, är över 2,3 eV), starkare strålningsmotstånd, starkare motstånd mot elektriska fältgenombrott och högre temperaturbeständighet. Tredje generationens halvledarmaterial med bredare bandgapbredd är särskilt lämpliga för produktion av strålningsresistenta, högfrekventa, högeffekts- och högintegrationstäthetselektroniska enheter. Deras tillämpningar i mikrovågsradiofrekvensenheter, lysdioder, lasrar, kraftenheter och andra områden har väckt stor uppmärksamhet, och de har visat breda utvecklingsmöjligheter inom mobilkommunikation, smarta nät, järnvägstransporter, nya energifordon, konsumentelektronik samt ultravioletta och blågröna ljusenheter [1].