Mitä ovat ensimmäisen sukupolven, toisen sukupolven, kolmannen sukupolven ja neljännen sukupolven puolijohdemateriaalit?

Puolijohdemateriaalit ovat materiaaleja, joilla on sähkönjohtavuus johtimien ja eristeiden välillä huoneenlämpötilassa ja joita käytetään laajasti aloilla, kuten integroidut piirit, viestintä, energia ja optoelektroniikka. Tekniikan kehittyessä puolijohdemateriaalit ovat kehittyneet ensimmäisestä sukupolvesta neljänteen sukupolveen.

1900-luvun puolivälissä ensimmäisen sukupolven puolijohdemateriaalit koostuivat pääasiassa germaniumista (Ge) japiitä(Si). On huomattava, että ensimmäinen transistori ja ensimmäinen integroitu piiri maailmassa tehtiin molemmat germaniumista. Mutta se korvattiin vähitellen piillä 1960-luvun lopulla, johtuen sen haitoista, kuten alhainen lämmönjohtavuus, alhainen sulamispiste, huono korkean lämpötilan kestävyys, epävakaa vesiliukoinen oksidirakenne ja viikon mekaaninen lujuus. Ylivoimaisen korkean lämpötilan kestävyyden, erinomaisen säteilynkestävyyden, huomattavan kustannustehokkuuden ja runsaiden varastojensa ansiosta pii syrjäytti germaniumin asteittain päämateriaalina ja säilytti tämän aseman tähän asti.

1990-luvulla puolijohdemateriaalien toinen sukupolvi alkoi ilmaantua, ja galliumarsenidi (GaAs) ja indiumfosfidi (InP) olivat edustavia materiaaleja. Toiset puolijohdemateriaalit tarjoavat etuja, kuten suuren kaistavälin, alhaisen kantoaaltopitoisuuden, erinomaiset optoelektroniset ominaisuudet sekä erinomaisen lämmönkestävyyden ja säteilyn kestävyyden. Nämä edut tekevät niistä laajan käytön mikroaaltoviestinnässä, satelliittiviestinnässä, optisessa viestinnässä, optoelektronisissa laitteissa ja satelliittinavigaatiossa. Yhdistelmäpuolijohdemateriaalien sovelluksia rajoittavat kuitenkin sellaiset ongelmat kuin harvinaiset varat, korkeat materiaalikustannukset, luontainen myrkyllisyys, syvän tason viat ja vaikeudet valmistaa suurikokoisia kiekkoja.

2000-luvulla kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalit, kutenpiikarbidi(SiC), galliumnitridi (GaN) ja sinkkioksidi (ZnO) syntyivät. Laajakaistaisina puolijohdemateriaaleina tunnetuilla kolmannen sukupolven puolijohdemateriaaleilla on erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten korkea läpilyöntijännite, korkea elektronien kyllästymisnopeus, poikkeuksellinen lämmönjohtavuus ja erinomainen säteilynkestävyys. Nämä materiaalit soveltuvat puolijohdelaitteiden valmistukseen, jotka toimivat korkeissa lämpötiloissa, suurjännitteissä, suurtaajuisissa, korkean säteilyn ja suuritehoisissa sovelluksissa.

Nykyään neljännen sukupolven puolijohdemateriaaleja edustavatgalliumoksidi(Ga2O3), timantti (C) ja alumiininitridi (AlN). Näitä materiaaleja kutsutaan erittäin leveiksi kaistanvälisiksi puolijohdemateriaaleiksi, joilla on suurempi läpilyöntikentän voimakkuus kuin kolmannen sukupolven puolijohteilla. Ne kestävät korkeampia jännitteitä ja tehotasoja, ja ne sopivat suuritehoisten elektronisten laitteiden ja korkean suorituskyvyn radiotaajuuselektroniikkalaitteiden valmistukseen. Näiden neljännen sukupolven puolijohdemateriaalien valmistus- ja toimitusketju ei kuitenkaan ole kypsä, mikä asettaa merkittäviä haasteita tuotannossa ja valmistuksessa.