Kaj so polprevodniški materiali prve generacije, druge generacije, tretje generacije in četrte generacije?

Polprevodniški materiali so materiali z električno prevodnostjo med prevodniki in izolatorji pri sobni temperaturi, ki se pogosto uporabljajo na področjih, kot so integrirana vezja, komunikacije, energija in optoelektronika. Z razvojem tehnologije so se polprevodniški materiali iz prve generacije razvili v četrto generacijo.

Sredi 20. stoletja je bila prva generacija polprevodniških materialov v glavnem sestavljena iz germanija (Ge) insilicij(Si). Predvsem prvi tranzistor in prvo integrirano vezje na svetu sta bila izdelana iz germanija. Toda v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja ga je postopoma nadomestil silicij zaradi njegovih pomanjkljivosti, kot so nizka toplotna prevodnost, nizko tališče, slaba odpornost na visoke temperature, nestabilna struktura vodotopnega oksida in šibka mehanska trdnost. Zahvaljujoč vrhunski odpornosti na visoke temperature, odlični odpornosti na sevanje, izjemni stroškovni učinkovitosti in obilnih rezerv je silicij postopoma nadomestil germanij kot glavni material in ohranil ta položaj do danes.

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja se je začela pojavljati druga generacija polprevodniških materialov, z galijevim arzenidom (GaAs) in indijevim fosfidom (InP) kot reprezentativnimi materiali. Drugi polprevodniški materiali ponujajo prednosti, kot so velik pasovni razmik, nizka koncentracija nosilcev, vrhunske optoelektronske lastnosti ter odlična toplotna odpornost in odpornost proti sevanju. Zaradi teh prednosti se široko uporabljajo v mikrovalovni komunikaciji, satelitski komunikaciji, optični komunikaciji, optoelektronskih napravah in satelitski navigaciji. Vendar pa je uporaba sestavljenih polprevodniških materialov omejena zaradi težav, kot so redke rezerve, visoki materialni stroški, inherentna toksičnost, globoke napake in težave pri izdelavi velikih rezin.

V 21. stoletju polprevodniški materiali tretje generacije, kot jesilicijev karbidNastali so (SiC), galijev nitrid (GaN) in cinkov oksid (ZnO). Polprevodniški materiali tretje generacije, znani kot širokopasovni polprevodniški materiali, kažejo odlične lastnosti, kot so visoka prebojna napetost, visoka hitrost nasičenja z elektroni, izjemna toplotna prevodnost in vrhunska odpornost na sevanje. Ti materiali so primerni za izdelavo polprevodniških naprav, ki delujejo v aplikacijah z visoko temperaturo, visoko napetostjo, visoko frekvenco, visokim sevanjem in visoko močjo.

Danes so polprevodniški materiali četrte generacije predstavljeni zgalijev oksid(Ga₂O₃), diamant (C) in aluminijev nitrid (AlN). Ti materiali se imenujejo polprevodniški materiali z ultra širokim pasovnim razmakom, saj imajo večjo razgradno poljsko jakost kot polprevodniki tretje generacije. Prenesejo višje napetosti in nivoje moči, primerni so za proizvodnjo visokozmogljivih elektronskih naprav in visoko zmogljivih radiofrekvenčnih elektronskih naprav. Vendar pa proizvodna in dobavna veriga teh polprevodniških materialov četrte generacije nista zreli, kar predstavlja velike izzive pri proizvodnji in pripravi.