GaN еден кристал

Технологијата на полупроводници е столбот на модерната цивилизација, фундаментално трансформирајќи го начинот на кој живееме, работиме и комуницираме со светот. Овозможи невиден напредок во различни области, вклучително информатичката технологија, енергијата, телекомуникациите и здравството. Од микропроцесорите што ги напојуваат нашите паметни телефони и компјутери, до сензорите во медицинските уреди и електрониката за напојување во системите за обновлива енергија, полупроводниците се во сржта на речиси секоја технолошка иновација во минатиот век.

Првата генерација на полупроводници: Германиум и силициум

Историјата на технологијата на полупроводници започна со првата генерација на полупроводници, првенствено германиум (Ge) и силициум (Si). Овие материјали се елементарни полупроводници, што значи дека се составени од еден елемент. Силиконот, особено, е најшироко користен полупроводнички материјал поради неговото изобилство, исплатливост и одлични електронски својства. Технологијата базирана на силикон созреваше со децении, што доведе до развој на интегрирани кола (ICs) кои ја формираат основата на модерната електроника. Способноста на силиконот да формира стабилен и висококвалитетен оксиден слој (силикон диоксид) е критичен фактор за успехот на уредите со метал-оксид-полупроводник (MOS), кои се градбени блокови на повеќето дигитални електроники.

Втора генерација на полупроводници: галиум арсенид и индиум фосфид

Како што еволуираше технологијата, ограничувањата на силиконот станаа очигледни, особено во апликациите со голема брзина и висока фреквенција. Ова доведе до развој на втората генерација на полупроводници, која вклучува сложени полупроводници како галиум арсенид (GaAs) и индиум фосфид (InP). Овие материјали се познати по нивната супериорна подвижност на електроните и директниот јаз на опсег, што ги прави идеални за оптоелектронски уреди како што се диоди што емитуваат светлина (LED), ласерски диоди и високофреквентни транзистори. GaAs, на пример, е широко користен во микробранови и милиметарски комуникациски системи, како и во сателитски и радарски технологии. И покрај нивните предности, широкото усвојување на GaAs и InP е ограничено поради повисоките трошоци и предизвиците во производството.

Трета генерација на полупроводници:Силициум карбидиГалиум нитрид

Во последниве години, фокусот се префрли на третата генерација на полупроводници, која вклучува материјали какосилициум карбид (SiC)игалиум нитрид (GaN). Овие материјали поседуваат широк опсег, што значи дека можат да работат на повисоки напони, температури и фреквенции од нивните претходници.GaN, особено, привлече значајно внимание поради неговите исклучителни својства, вклучително и широк опсег од 3,4 eV, висока подвижност на електроните, висок пробивен напон и одлична топлинска спроводливост. Овие карактеристики праватGaNидеален кандидат за апликации со висока моќност и висока фреквенција, како што се брзи полначи, транзистори за напојување и микробранови уреди со радиофреквенција (RF).

Кристална структура и поврзување воGaN

GaNприпаѓа на III-V групата на сложени полупроводници, кои се составени од елементи од групата III (на пример, галиум) и групата V (на пример, азот) од периодниот систем. Кристалната структура наGaNможе да постои во две примарни форми: хексагонален вурцит и кубен сфалерит. Видот на кристалната структура што се формира е под влијание на природата на хемиските врски помеѓу атомите. Кај полупроводничките соединенија, поврзувањето може да биде мешавина од ковалентни и јонски врски. Колку е појонска врската, толку е поголема веројатноста материјалот да формира вурцитна структура. Во случај наGaN, големата разлика во електронегативноста помеѓу галиумот (Ga) и азот (N) доведува до значителен јонски карактер во врската. Како резултат на тоа,GaNтипично се кристализира во структурата на вурцит, која е позната по својата висока термичка стабилност и отпорност на хемиска корозија.

Предности наGaNВо текот на претходните полупроводнички материјали

Во споредба со полупроводничките материјали од првата и втората генерација,GaNнуди неколку предности што го прават особено привлечен за најсовремени апликации. Една од најзначајните придобивки е нејзиниот широк опсег, овозможувајќи им на уредите базирани на GaN да работат на повисоки напони и температури без да се расипат. Ова го прави GaN одличен материјал за енергетска електроника, каде што ефикасноста и термичкото управување се критични проблеми. Дополнително, GaN има помала диелектрична константа, што помага да се намали капацитетот и да се овозможи поголема брзина на префрлување во транзисторите.

GaNисто така може да се пофали со поголема јачина на критичното електрично поле, овозможувајќи им на уредите да се справат со поголеми електрични полиња без да доживеат дефект. Ова е особено важно во апликациите со висока моќност, каде што способноста за управување со високи напони и струи е од суштинско значење. Понатаму, високата подвижност на електрони на GaN придонесува за неговата соодветност за апликации со висока фреквенција, како што се RF и микробранови уреди. Комбинацијата на овие својства - висока топлинска спроводливост, отпорност на висока температура и цврстина на радијација - го прави GaN разновиден материјал кој е подготвен да игра клучна улога во следната генерација на електронски уреди.

GaNво современите апликации и идните перспективи

Уникатните својства наGaNвеќе почнаа да револуционизираат неколку индустрии. Во потрошувачката електроника, брзите полначи базирани на GaN стануваат сè попопуларни поради нивната ефикасност и компактна големина во споредба со традиционалните полначи базирани на силикон. Во областа на телекомуникациите, GaN се користи за развој на високофреквентни транзистори кои се неопходни за 5G мрежите и пошироко. Воздухопловниот и одбранбениот сектор, исто така, го истражуваат потенцијалот на GaN за употреба во радари и комуникациски системи со висока моќност, каде што неговата способност да работи во екстремни услови е непроценлива.