Какво представляват полупроводниковите материали от първо поколение, второ поколение, трето поколение и четвърто поколение?

Полупроводниковите материали са материали с електрическа проводимост между проводници и изолатори при стайна температура, които се използват широко в области като интегрални схеми, комуникации, енергетика и оптоелектроника. С развитието на технологиите полупроводниковите материали се развиха от първо поколение до четвърто поколение.

В средата на 20-ти век първото поколение полупроводникови материали се състоят главно от германий (Ge) исилиций(Si). Трябва да се отбележи, че първият транзистор и първата интегрална схема в света са направени от германий. Но постепенно се заменя със силиций в края на 60-те години на миналия век, поради неговите недостатъци като ниска топлопроводимост, ниска точка на топене, слаба устойчивост на висока температура, нестабилна структура на водоразтворим оксид и слаба механична якост. Благодарение на превъзходната си устойчивост на висока температура, отлична радиационна устойчивост, забележителна рентабилност и изобилни запаси, силицийът постепенно измести германия като основен материал и запази тази позиция до днес.

През 90-те години на миналия век започва да се появява второ поколение полупроводникови материали с галиев арсенид (GaAs) и индиев фосфид (InP) като представителни материали. Вторите полупроводникови материали предлагат предимства като голяма ширина на лентата, ниска концентрация на носители, превъзходни оптоелектронни свойства, както и отлична термична устойчивост и устойчивост на радиация. Тези предимства ги правят широко използвани в микровълнова комуникация, сателитна комуникация, оптична комуникация, оптоелектронни устройства и сателитна навигация. Приложенията на съставни полупроводникови материали обаче са ограничени от проблеми като редки запаси, високи разходи за материали, присъща токсичност, дефекти на дълбоко ниво и трудности при производството на пластини с голям размер.

В 21-ви век трето поколение полупроводникови материали катосилициев карбид(SiC), галиев нитрид (GaN) и цинков оксид (ZnO) се появяват. Известни като широколентови полупроводникови материали, полупроводниковите материали от трето поколение показват отлични свойства като високо пробивно напрежение, висока скорост на насищане с електрони, изключителна топлопроводимост и превъзходна устойчивост на радиация. Тези материали са подходящи за производството на полупроводникови устройства, които работят при приложения с висока температура, високо напрежение, висока честота, висока радиация и висока мощност.

В наши дни полупроводниковите материали от четвърто поколение са представени отгалиев оксид(Ga₂O3), диамант (C) и алуминиев нитрид (AlN). Тези материали се наричат ​​полупроводникови материали с ултраширока забранена лента, имащи по-висока напрегнатост на пробивното поле от полупроводниците от трето поколение. Те могат да издържат на по-високи напрежения и нива на мощност, подходящи за производство на електронни устройства с висока мощност и високопроизводителни радиочестотни електронни устройства. Въпреки това веригата за производство и доставка на тези полупроводникови материали от четвърто поколение не е зряла, което поставя значителни предизвикателства при производството и подготовката.