Hvad er førstegenerations-, andengenerations-, tredjegenerations- og fjerdegenerationshalvledermaterialer?

Halvledermaterialer er materialer med elektrisk ledningsevne mellem ledere og isolatorer ved stuetemperatur, som er meget udbredt inden for områder som integrerede kredsløb, kommunikation, energi og optoelektronik. Med udviklingen af ​​teknologien har halvledermaterialer udviklet sig fra den første generation til den fjerde generation.

I midten af ​​det 20. århundrede var den første generation af halvledermaterialer hovedsageligt sammensat af germanium (Ge) ogsilicium(Si). Navnlig var den første transistor og det første integrerede kredsløb i verden begge lavet af germanium. Men det blev gradvist erstattet af silicium i slutningen af ​​1960'erne på grund af dets ulemper såsom lav termisk ledningsevne, lavt smeltepunkt, dårlig højtemperaturmodstand, ustabil vandopløselig oxidstruktur og uge mekanisk styrke. Takket være dets overlegne modstandsdygtighed over for høje temperaturer, fremragende strålingsmodstand, bemærkelsesværdig omkostningseffektivitet og rigelige reserver erstattede silicium gradvist germanium som det almindelige materiale og bibeholdt denne position til dato.

I 1990'erne begyndte anden generation af halvledermaterialer at dukke op, med galliumarsenid (GaAs) og indiumphosphid (InP) som repræsentative materialer. Det andet halvledermateriale tilbyder fordele såsom et stort båndgab, lav bærerkoncentration, overlegne optoelektroniske egenskaber samt fremragende termisk modstand og strålingsmodstand. Disse fordele gør dem meget udbredt i mikrobølgekommunikation, satellitkommunikation, optisk kommunikation, optoelektroniske enheder og satellitnavigation. Imidlertid er anvendelserne af sammensatte halvledermaterialer begrænset af problemer som sjældne reserver, høje materialeomkostninger, iboende toksicitet, defekter på dybt niveau og vanskeligheder med at fremstille store wafere.

I det 21. århundrede, tredje generation af halvledermaterialer somsiliciumcarbid(SiC), galliumnitrid (GaN) og zinkoxid (ZnO) blev til. Kendt som wide-bandgap halvledermaterialer, tredje generations halvledermaterialer udviser fremragende egenskaber såsom høj gennembrudsspænding, høj elektronmætningshastighed, exceptionel termisk ledningsevne og fremragende strålingsmodstand. Disse materialer er velegnede til fremstilling af halvlederenheder, der fungerer i applikationer med høj temperatur, høj spænding, høj frekvens, høj stråling og høj effekt.

I dag er den fjerde generation af halvledermaterialer repræsenteret afgalliumoxid(Ga2O3), diamant (C) og aluminiumnitrid (AlN). Disse materialer kaldes halvledermaterialer med ultrabrede båndgab, der har en højere nedbrydningsfeltstyrke end tredjegenerationshalvledere. De kan modstå højere spændinger og effektniveauer, velegnet til fremstilling af højeffekt elektroniske enheder og højtydende radiofrekvens elektroniske enheder. Fremstillings- og forsyningskæden af ​​disse fjerde generations halvledermaterialer er imidlertid ikke modne, hvilket udgør betydelige udfordringer i produktion og forberedelse.