Ce sunt materialele semiconductoare de prima generație, a doua generație, a treia generație și a patra generație?

Materialele semiconductoare sunt materialele cu conductivitate electrică între conductori și izolatori la temperatura camerei, care sunt utilizate pe scară largă în domenii precum circuitele integrate, comunicațiile, energia și optoelectronica. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, materialele semiconductoare au evoluat de la prima generație la a patra generație.

La mijlocul secolului XX, prima generație de materiale semiconductoare erau compuse în principal din germaniu (Ge) șisiliciu(Si). În special, primul tranzistor și primul circuit integrat din lume au fost ambele realizate din germaniu. Dar a fost înlocuit treptat cu siliciu la sfârșitul anilor 1960, din cauza dezavantajelor sale, cum ar fi conductivitate termică scăzută, punct de topire scăzut, rezistență slabă la temperaturi ridicate, structură instabilă a oxidului solubil în apă și rezistență mecanică pe săptămână. Datorită rezistenței sale superioare la temperatură ridicată, rezistenței excelente la radiații, rentabilității remarcabile și rezervelor abundente, siliciul a înlocuit treptat germaniul ca material principal și a menținut această poziție până în prezent.

În anii 1990, a început să apară a doua generație de materiale semiconductoare, având ca materiale reprezentative arseniura de galiu (GaAs) și fosfura de indiu (InP). Al doilea material semiconductor oferă avantaje, cum ar fi o bandă interzisă mare, concentrație scăzută de purtători, proprietăți optoelectronice superioare, precum și rezistență termică excelentă și rezistență la radiații. Aceste avantaje le fac utilizate pe scară largă în comunicațiile cu microunde, comunicațiile prin satelit, comunicațiile optice, dispozitivele optoelectronice și navigația prin satelit. Cu toate acestea, aplicațiile materialelor semiconductoare compuse sunt limitate de probleme precum rezervele rare, costurile ridicate ale materialelor, toxicitatea inerentă, defecte la nivel profund și dificultatea în fabricarea plachetelor de dimensiuni mari.

În secolul 21, materialele semiconductoare de a treia generație cacarbură de siliciu(SiC), nitrura de galiu (GaN) și oxidul de zinc (ZnO) au luat ființă. Cunoscute sub numele de materiale semiconductoare cu bandă interzisă largă, materialele semiconductoare de a treia generație prezintă proprietăți excelente, cum ar fi tensiune mare de rupere, viteză mare de saturație a electronilor, conductivitate termică excepțională și rezistență superbă la radiații. Aceste materiale sunt potrivite pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare care funcționează în aplicații de temperatură înaltă, tensiune înaltă, frecvență înaltă, radiații mari și aplicații de mare putere.

În prezent, materialele semiconductoare de a patra generație sunt reprezentate deoxid de galiu(Ga₂O₃), diamant (C) și nitrură de aluminiu (AlN). Aceste materiale sunt numite materiale semiconductoare cu bandgap ultra-largă, având o intensitate a câmpului de defalcare mai mare decât semiconductorii de a treia generație. Ele pot rezista la tensiuni și niveluri de putere mai ridicate, potrivite pentru fabricarea dispozitivelor electronice de mare putere și a dispozitivelor electronice cu frecvență radio de înaltă performanță. Cu toate acestea, lanțul de producție și aprovizionare al acestor materiale semiconductoare de a patra generație nu sunt mature, punând provocări semnificative în producție și pregătire.