Hva er førstegenerasjons, andregenerasjons, tredjegenerasjons og fjerdegenerasjons halvledermaterialer?

Halvledermaterialer er materialene med elektrisk ledningsevne mellom ledere og isolatorer ved romtemperatur, som er mye brukt i felt som integrerte kretser, kommunikasjon, energi og optoelektronikk. Med utviklingen av teknologien har halvledermaterialer utviklet seg fra første generasjon til fjerde generasjon.

På midten av 1900-tallet var den første generasjonen av halvledermaterialer hovedsakelig sammensatt av germanium (Ge) ogsilisium(Si). Spesielt var den første transistoren og den første integrerte kretsen i verden begge laget av germanium. Men det ble gradvis erstattet av silisium på slutten av 1960-tallet, på grunn av dets ulemper som lav varmeledningsevne, lavt smeltepunkt, dårlig motstand mot høye temperaturer, ustabil vannløselig oksidstruktur og ukes mekanisk styrke. Takket være sin overlegne motstand mot høye temperaturer, utmerkede strålingsmotstand, bemerkelsesverdige kostnadseffektivitet og rikelige reserver, erstattet silisium gradvis germanium som hovedmateriale og beholdt denne posisjonen til dags dato.

På 1990-tallet begynte andre generasjon halvledermaterialer å dukke opp, med galliumarsenid (GaAs) og indiumfosfid (InP) som representative materialer. De andre halvledermaterialene tilbyr fordeler som et stort båndgap, lav bærerkonsentrasjon, overlegne optoelektroniske egenskaper, samt utmerket termisk motstand og strålingsmotstand. Disse fordelene gjør dem mye brukt i mikrobølgekommunikasjon, satellittkommunikasjon, optisk kommunikasjon, optoelektroniske enheter og satellittnavigasjon. Imidlertid er bruken av sammensatte halvledermaterialer begrenset av problemer som sjeldne reserver, høye materialkostnader, iboende toksisitet, defekter på dypt nivå og vanskeligheter med å lage store skiver.

I det 21. århundre, tredje generasjons halvledermaterialer somsilisiumkarbid(SiC), galliumnitrid (GaN) og sinkoksid (ZnO) ble til. Kjent som halvledermaterialer med bredt bånd, viser tredjegenerasjons halvledermaterialer utmerkede egenskaper som høy nedbrytningsspenning, høy elektronmetningshastighet, eksepsjonell termisk ledningsevne og suveren strålingsmotstand. Disse materialene er egnet for produksjon av halvlederenheter som fungerer i applikasjoner med høy temperatur, høy spenning, høy frekvens, høy stråling og høy effekt.

I dag er fjerde generasjons halvledermaterialer representert avgalliumoksid(Ga₂O₃), diamant (C) og aluminiumnitrid (AlN). Disse materialene kalles halvledermaterialer med ultravidt båndgap, og har en høyere nedbrytningsfeltstyrke enn tredjegenerasjons halvledere. De tåler høyere spenninger og effektnivåer, egnet for produksjon av høyeffekt elektroniske enheter og høyytelses radiofrekvens elektroniske enheter. Imidlertid er produksjonen og forsyningskjeden til disse fjerde generasjons halvledermaterialene ikke modne, noe som utgjør betydelige utfordringer i produksjon og forberedelse.