Що таке напівпровідникові матеріали першого, другого, третього та четвертого поколінь?

Напівпровідникові матеріали — це матеріали з електропровідністю між провідниками та ізоляторами при кімнатній температурі, які широко використовуються в таких галузях, як інтегральні схеми, зв’язок, енергетика та оптоелектроніка. З розвитком технологій напівпровідникові матеріали еволюціонували від першого до четвертого покоління.

У середині 20 століття перше покоління напівпровідникових матеріалів в основному складалося з германію (Ge) ікремній(Si). Примітно, що перший транзистор і перша інтегральна схема в світі були зроблені з германію. Але наприкінці 1960-х років його поступово замінили кремнієм через його недоліки, такі як низька теплопровідність, низька температура плавлення, низька стійкість до високих температур, нестабільна структура водорозчинного оксиду та слабка механічна міцність. Завдяки чудовій стійкості до високих температур, відмінній радіаційній стійкості, вражаючій економічній ефективності та багатим запасам кремній поступово витіснив германій як основний матеріал і зберіг цю позицію до сьогодні.

У 1990-х роках почало з’являтися друге покоління напівпровідникових матеріалів з арсенідом галію (GaAs) і фосфідом індію (InP) як репрезентативними матеріалами. Другі напівпровідникові матеріали пропонують такі переваги, як велика ширина забороненої зони, низька концентрація носіїв, чудові оптоелектронні властивості, а також відмінний термічний опір і стійкість до радіації. Ці переваги роблять їх широко використовуваними в мікрохвильовому зв'язку, супутниковому зв'язку, оптичному зв'язку, оптоелектронних пристроях і супутниковій навігації. Однак застосування складних напівпровідникових матеріалів обмежене такими проблемами, як рідкісні запаси, висока вартість матеріалів, властива токсичність, глибокі дефекти та труднощі у виготовленні пластин великого розміру.

У 21 столітті напівпровідникові матеріали третього покоління, яккарбід кремнію(SiC), нітрид галію (GaN) і оксид цинку (ZnO). Відомі як широкозонні напівпровідникові матеріали, напівпровідникові матеріали третього покоління демонструють чудові властивості, такі як висока напруга пробою, висока швидкість насичення електронів, виняткова теплопровідність і чудова стійкість до радіації. Ці матеріали придатні для виготовлення напівпровідникових пристроїв, які працюють при високій температурі, високій напрузі, високій частоті, високому випромінюванні та великій потужності.

На сьогоднішній день напівпровідникові матеріали четвертого покоління представленіоксид галію(Ga₂O₃), алмаз (C) і нітрид алюмінію (AlN). Ці матеріали називаються напівпровідниковими матеріалами з надширокою забороненою зоною, вони мають вищу напруженість поля пробою, ніж напівпровідники третього покоління. Вони можуть витримувати вищі напруги та рівні потужності, придатні для виробництва потужних електронних пристроїв і високопродуктивних радіочастотних електронних пристроїв. Однак виробництво та ланцюжок постачання цих напівпровідникових матеріалів четвертого покоління ще не є зрілими, що створює значні проблеми у виробництві та підготовці.