1. Chất bán dẫn thế hệ thứ ba
Công nghệ bán dẫn thế hệ đầu tiên được phát triển dựa trên các vật liệu bán dẫn như Si và Ge. Đây là nền tảng vật liệu cho sự phát triển của bóng bán dẫn và công nghệ mạch tích hợp. Các vật liệu bán dẫn thế hệ đầu tiên đã đặt nền móng cho ngành công nghiệp điện tử trong thế kỷ 20 và là vật liệu cơ bản cho công nghệ mạch tích hợp.
Các vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai chủ yếu bao gồm gali arsenua, indi photphua, gali photphua, indi arsenua, nhôm arsenua và các hợp chất tam phân của chúng. Các vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai là nền tảng của ngành công nghiệp thông tin quang điện tử. Trên cơ sở đó, các ngành công nghiệp liên quan như chiếu sáng, màn hình, laser và quang điện đã được phát triển. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thông tin hiện đại và ngành công nghiệp màn hình quang điện tử.
Các vật liệu tiêu biểu của vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba bao gồm gallium nitride và silicon carbide. Nhờ có dải năng lượng rộng, tốc độ trôi bão hòa điện tử cao, độ dẫn nhiệt cao và cường độ điện trường đánh thủng cao, chúng là những vật liệu lý tưởng để chế tạo các thiết bị điện tử có mật độ công suất cao, tần số cao và tổn hao thấp. Trong đó, các thiết bị điện silicon carbide có ưu điểm là mật độ năng lượng cao, tiêu thụ năng lượng thấp và kích thước nhỏ, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong xe năng lượng mới, quang điện, vận tải đường sắt, dữ liệu lớn và các lĩnh vực khác. Các thiết bị RF gallium nitride có ưu điểm là tần số cao, công suất cao, băng thông rộng, tiêu thụ điện năng thấp và kích thước nhỏ, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong truyền thông 5G, Internet vạn vật, radar quân sự và các lĩnh vực khác. Ngoài ra, các thiết bị điện dựa trên gallium nitride đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện áp thấp. Thêm vào đó, trong những năm gần đây, các vật liệu gallium oxide mới nổi được kỳ vọng sẽ tạo nên sự bổ sung về mặt kỹ thuật với các công nghệ SiC và GaN hiện có, và có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực tần số thấp và điện áp cao.
So với vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai, vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba có độ rộng vùng cấm lớn hơn (độ rộng vùng cấm của Si, một vật liệu điển hình của vật liệu bán dẫn thế hệ thứ nhất, là khoảng 1,1 eV, độ rộng vùng cấm của GaAs, một vật liệu điển hình của vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai, là khoảng 1,42 eV, và độ rộng vùng cấm của GaN, một vật liệu điển hình của vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba, là trên 2,3 eV), khả năng chống bức xạ mạnh hơn, khả năng chống lại sự phá vỡ điện trường mạnh hơn và khả năng chịu nhiệt cao hơn. Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba với độ rộng vùng cấm lớn hơn đặc biệt thích hợp cho việc sản xuất các thiết bị điện tử chống bức xạ, tần số cao, công suất cao và mật độ tích hợp cao. Ứng dụng của chúng trong các thiết bị tần số vô tuyến vi sóng, đèn LED, laser, thiết bị điện và các lĩnh vực khác đã thu hút nhiều sự chú ý và chúng đã cho thấy triển vọng phát triển rộng lớn trong truyền thông di động, lưới điện thông minh, vận tải đường sắt, xe năng lượng mới, điện tử tiêu dùng và các thiết bị ánh sáng cực tím và xanh lam [1].
Thời gian đăng bài: 25 tháng 6 năm 2024