Что такое полупроводниковые материалы первого, второго, третьего и четвертого поколений?

Полупроводниковые материалы — это материалы с электропроводностью между проводниками и изоляторами при комнатной температуре, которые широко используются в таких областях, как интегральные схемы, связь, энергетика и оптоэлектроника. С развитием технологий полупроводниковые материалы эволюционировали от первого поколения к четвертому поколению.

В середине 20 века первое поколение полупроводниковых материалов состояло в основном из германия (Ge) икремний(Си). Примечательно, что первый транзистор и первая интегральная схема в мире были изготовлены из германия. Но в конце 1960-х годов он постепенно был заменен кремнием из-за его недостатков, таких как низкая теплопроводность, низкая температура плавления, плохая устойчивость к высоким температурам, нестабильная структура водорастворимого оксида и слабая механическая прочность. Благодаря своей превосходной стойкости к высоким температурам, превосходной радиационной стойкости, замечательной экономической эффективности и обильным запасам кремний постепенно вытеснил германий в качестве основного материала и сохранил эту позицию до сих пор.

В 1990-х годах начало появляться второе поколение полупроводниковых материалов, в качестве типичных материалов которых выступили арсенид галлия (GaAs) и фосфид индия (InP). Вторые полупроводниковые материалы обладают такими преимуществами, как большая запрещенная зона, низкая концентрация носителей, превосходные оптоэлектронные свойства, а также отличная термическая стойкость и радиационная стойкость. Эти преимущества делают их широко используемыми в микроволновой связи, спутниковой связи, оптической связи, оптоэлектронных устройствах и спутниковой навигации. Однако применение сложных полупроводниковых материалов ограничено такими проблемами, как редкие запасы, высокая стоимость материалов, присущая им токсичность, глубокие дефекты и трудности изготовления пластин большого размера.

В 21 веке полупроводниковые материалы третьего поколения, такие каккарбид кремния(SiC), нитрид галлия (GaN) и оксид цинка (ZnO). Полупроводниковые материалы третьего поколения, известные как широкозонные полупроводниковые материалы, обладают превосходными свойствами, такими как высокое напряжение пробоя, высокая скорость насыщения электронов, исключительная теплопроводность и превосходная радиационная стойкость. Эти материалы подходят для производства полупроводниковых приборов, которые работают при высоких температурах, высоком напряжении, высокой частоте, сильном излучении и высокой мощности.

В настоящее время полупроводниковые материалы четвертого поколения представленыоксид галлия(Ga₂O₃), алмаз (C) и нитрид алюминия (AlN). Эти материалы называются сверхширокозонными полупроводниковыми материалами, имеющими более высокую напряженность поля пробоя, чем полупроводники третьего поколения. Они могут выдерживать более высокие напряжения и уровни мощности, подходят для производства мощных электронных устройств и высокопроизводительных радиочастотных электронных устройств. Однако цепочка производства и поставок этих полупроводниковых материалов четвертого поколения еще не развита, что создает серьезные проблемы при производстве и подготовке.