Üçüncü nesil yarı iletken GaN ve ilgili epitaksiyel teknolojiye giriş

1. Üçüncü nesil yarı iletkenler

Birinci nesil yarı iletken teknolojisi, Si ve Ge gibi yarı iletken malzemeler temel alınarak geliştirilmiştir. Transistörlerin ve entegre devre teknolojisinin geliştirilmesinin malzeme temelini oluşturur. Birinci nesil yarı iletken malzemeler, 20. yüzyılda elektronik endüstrisinin temellerini atmış ve entegre devre teknolojisi için temel malzemeler olmuştur.

İkinci nesil yarı iletken malzemeler başlıca galyum arsenit, indiyum fosfit, alüminyum arsenit ve bunların üçlü bileşiklerini içerir. İkinci nesil yarı iletken malzemeler, optoelektronik bilgi endüstrisinin temelini oluşturmaktadır. Bu temel üzerinde, aydınlatma, ekran, lazer ve fotovoltaik gibi ilgili endüstriler geliştirilmiştir. Günümüz bilgi teknolojisi ve optoelektronik ekran endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin temsilci örnekleri arasında galyum nitrür ve silisyum karbür yer almaktadır. Geniş bant aralığı, yüksek elektron doygunluk sürüklenme hızı, yüksek termal iletkenlik ve yüksek kırılma alanı dayanımı nedeniyle, yüksek güç yoğunluğu, yüksek frekans ve düşük kayıplı elektronik cihazların hazırlanması için ideal malzemelerdir. Bunlar arasında, silisyum karbür güç cihazları yüksek enerji yoğunluğu, düşük enerji tüketimi ve küçük boyut avantajlarına sahiptir ve yeni enerji araçları, fotovoltaik, demiryolu taşımacılığı, büyük veri ve diğer alanlarda geniş uygulama potansiyeline sahiptir. Galyum nitrür RF cihazları yüksek frekans, yüksek güç, geniş bant genişliği, düşük güç tüketimi ve küçük boyut avantajlarına sahiptir ve 5G iletişim, Nesnelerin İnterneti, askeri radar ve diğer alanlarda geniş uygulama potansiyeline sahiptir. Ayrıca, galyum nitrür tabanlı güç cihazları düşük voltaj alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, son yıllarda ortaya çıkan galyum oksit malzemelerinin mevcut SiC ve GaN teknolojileriyle teknik tamamlayıcılık oluşturması ve düşük frekans ve yüksek voltaj alanlarında potansiyel uygulama beklentilerine sahip olması beklenmektedir.

İkinci nesil yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında, üçüncü nesil yarı iletken malzemeler daha geniş bant aralığına (birinci nesil yarı iletken malzemenin tipik bir örneği olan Si'nin bant aralığı yaklaşık 1,1 eV, ikinci nesil yarı iletken malzemenin tipik bir örneği olan GaAs'ın bant aralığı yaklaşık 1,42 eV ve üçüncü nesil yarı iletken malzemenin tipik bir örneği olan GaN'nin bant aralığı 2,3 eV'nin üzerindedir), daha güçlü radyasyon direncine, daha güçlü elektrik alan kırılmasına karşı dirence ve daha yüksek sıcaklık direncine sahiptir. Daha geniş bant aralığına sahip üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, özellikle radyasyona dayanıklı, yüksek frekanslı, yüksek güçlü ve yüksek entegrasyon yoğunluklu elektronik cihazların üretimi için uygundur. Mikrodalga radyo frekans cihazları, LED'ler, lazerler, güç cihazları ve diğer alanlardaki uygulamaları büyük ilgi çekmiş ve mobil iletişim, akıllı şebekeler, raylı ulaşım, yeni enerji araçları, tüketici elektroniği ve ultraviyole ve mavi-yeşil ışık cihazlarında geniş gelişim potansiyeli göstermiştir [1].