Čo sú polovodičové materiály prvej generácie, druhej generácie, tretej generácie a štvrtej generácie?

Polovodičové materiály sú materiály s elektrickou vodivosťou medzi vodičmi a izolantmi pri izbovej teplote, ktoré sa široko používajú v oblastiach, ako sú integrované obvody, komunikácia, energetika a optoelektronika. S vývojom technológie sa polovodičové materiály vyvinuli z prvej generácie na štvrtú generáciu.

V polovici 20. storočia bola prvá generácia polovodičových materiálov zložená najmä z germánia (Ge) akremíka(Si). Je pozoruhodné, že prvý tranzistor a prvý integrovaný obvod na svete boli vyrobené z germánia. Koncom 60-tych rokov bol však postupne nahradený kremíkom kvôli jeho nevýhodám, ako je nízka tepelná vodivosť, nízky bod topenia, nízka odolnosť voči vysokým teplotám, nestabilná vo vode rozpustná oxidová štruktúra a malá mechanická pevnosť. Vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči vysokým teplotám, vynikajúcej odolnosti voči žiareniu, pozoruhodnej nákladovej efektívnosti a bohatým rezervám kremík postupne nahradil germánium ako hlavný materiál a túto pozíciu si udržal dodnes.

V deväťdesiatych rokoch minulého storočia sa začala objavovať druhá generácia polovodičových materiálov, pričom reprezentatívnymi materiálmi boli arzenid gália (GaAs) a fosfid india (InP). Druhé polovodičové materiály ponúkajú výhody, ako je veľká bandgap, nízka koncentrácia nosiča, vynikajúce optoelektronické vlastnosti, ako aj vynikajúca tepelná odolnosť a odolnosť voči žiareniu. Vďaka týmto výhodám sa široko používajú v mikrovlnnej komunikácii, satelitnej komunikácii, optickej komunikácii, optoelektronických zariadeniach a satelitnej navigácii. Aplikácie zložených polovodičových materiálov sú však obmedzené problémami, ako sú vzácne zásoby, vysoké materiálové náklady, inherentná toxicita, hlboké defekty a ťažkosti pri výrobe doštičiek veľkých rozmerov.

V 21. storočí sa polovodičové materiály tretej generácie akokarbid kremíka(SiC), nitrid gália (GaN) a oxid zinočnatý (ZnO). Polovodičové materiály tretej generácie, známe ako polovodičové materiály so širokým pásmom, vykazujú vynikajúce vlastnosti, ako je vysoké prierazné napätie, vysoká rýchlosť saturácie elektrónov, výnimočná tepelná vodivosť a vynikajúca odolnosť voči žiareniu. Tieto materiály sú vhodné na výrobu polovodičových súčiastok, ktoré fungujú vo vysokoteplotných, vysokonapäťových, vysokofrekvenčných, vysoko radiačných a vysokovýkonných aplikáciách.

V súčasnosti sú polovodičové materiály štvrtej generácie zastúpenéoxid gália(Ga₂O3), diamant (C) a nitrid hliníka (AlN). Tieto materiály sa nazývajú polovodičové materiály s ultra širokým pásmovým odstupom, ktoré majú vyššiu prieraznú silu poľa ako polovodiče tretej generácie. Vydržia vyššie napätie a úrovne výkonu, vhodné na výrobu vysokovýkonných elektronických zariadení a vysokovýkonných rádiofrekvenčných elektronických zariadení. Výrobný a dodávateľský reťazec týchto polovodičových materiálov štvrtej generácie však nie je vyspelý, čo predstavuje značné výzvy pri výrobe a príprave.