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 malzemelere dayanarak geliştirilmiştir. Transistörlerin ve entegre devre teknolojisinin geliştirilmesi için malzeme temelidir. Birinci nesil yarı iletken malzemeler, 20. yüzyılda elektronik endüstrisinin temelini oluşturmuş ve entegre devre teknolojisi için temel malzemelerdir.

İkinci nesil yarı iletken malzemeler esas olarak galyum arsenit, indiyum fosfit, galyum fosfit, indiyum arsenit, alüminyum arsenit ve bunların üçlü bileşiklerini içerir. İkinci nesil yarı iletken malzemeler optoelektronik bilgi endüstrisinin temelini oluşturur. Bu temelde aydınlatma, ekran, lazer ve fotovoltaik gibi ilgili endüstriler geliştirilmiştir. Çağdaş bilgi teknolojisi ve optoelektronik ekran endüstrilerinde yaygın olarak kullanılırlar.

Üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin temsili malzemeleri arasında galyum nitrür ve silisyum karbür bulunur. Geniş bant aralıkları, yüksek elektron doygunluk sürüklenme hızı, yüksek termal iletkenlik ve yüksek bozulma alanı mukavemeti nedeniyle, yüksek güç yoğunluklu, yüksek frekanslı ve düşük kayıplı elektronik cihazlar hazırlamak için ideal malzemelerdir. Bunlar arasında, silisyum karbür güç cihazları yüksek enerji yoğunluğu, düşük enerji tüketimi ve küçük boyut avantajlarına sahiptir ve yeni enerji araçları, fotovoltaikler, raylı ulaşım, büyük veri ve diğer alanlarda geniş uygulama beklentilerine sahiptir. Galyum nitrür RF cihazları yüksek frekans, yüksek güç, geniş bant genişliği, düşük güç tüketimi ve küçük boyut avantajlarına sahiptir ve 5G iletişimlerinde, Nesnelerin İnterneti'nde, askeri radarda ve diğer alanlarda geniş uygulama beklentilerine sahiptir. Ek olarak, galyum nitrür bazlı güç cihazları düşük voltaj alanında yaygın olarak kullanılmıştır. Ayrıca son yıllarda ortaya çıkan galyum oksit malzemelerin 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 aralığı genişliğine sahiptir (birinci nesil yarı iletken malzemenin tipik bir malzemesi olan Si'nin bant aralığı genişliği yaklaşık 1,1 eV'dir, ikinci nesil yarı iletken malzemenin tipik bir malzemesi olan GaAs'nin bant aralığı genişliği yaklaşık 1,42 eV'dir ve üçüncü nesil yarı iletken malzemenin tipik bir malzemesi olan GaN'nin bant aralığı genişliği 2,3 eV'nin üzerindedir), daha güçlü radyasyon direncine, elektrik alanı bozulmasına karşı daha güçlü dirence ve daha yüksek sıcaklık direncine sahiptir. Daha geniş bant aralığına sahip üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, radyasyona dayanıklı, yüksek frekanslı, yüksek güçlü ve yüksek entegrasyon yoğunluklu elektronik cihazların üretimi için özellikle uygundur. Mikrodalga radyo frekansı cihazlarında, LED'lerde, lazerlerde, güç cihazlarında ve diğer alanlardaki uygulamaları çok dikkat çekmiş ve mobil iletişim, akıllı şebekeler, raylı ulaşım, yeni enerji araçları, tüketici elektroniği ve ultraviyole ve mavi-yeşil ışık cihazlarında geniş geliştirme beklentileri göstermiştir [1].