Шта су полупроводнички материјали прве, друге генерације, треће генерације и четврте генерације?

Полупроводнички материјали су материјали са електричном проводљивошћу између проводника и изолатора на собној температури, који се широко користе у областима као што су интегрисана кола, комуникације, енергија и оптоелектроника. Са развојем технологије, полупроводнички материјали су еволуирали од прве до четврте генерације.

Средином 20. века, прва генерација полупроводничких материјала углавном се састојала од германијума (Ге) исилицијум(Си). Значајно је да су први транзистор и прво интегрисано коло на свету оба направљена од германијума. Али постепено га је заменио силицијум касних 1960-их, због његових недостатака као што су ниска топлотна проводљивост, ниска тачка топљења, лоша отпорност на високе температуре, нестабилна структура оксида растворљивог у води и недељна механичка чврстоћа. Захваљујући својој супериорној отпорности на високе температуре, одличној отпорности на зрачење, изузетној исплативости и обилним резервама, силицијум је постепено заменио германијум као главни материјал и задржао ову позицију до данас.

Деведесетих година прошлог века почела је да се појављује друга генерација полупроводничких материјала, са галијум арсенидом (ГаАс) и индијум фосфидом (ИнП) као репрезентативним материјалима. Други полупроводнички материјали нуде предности као што су велики појас, ниска концентрација носиоца, супериорна оптоелектронска својства, као и одлична топлотна отпорност и отпорност на зрачење. Ове предности их чине широко примењеним у микроталасној комуникацији, сателитској комуникацији, оптичкој комуникацији, оптоелектронским уређајима и сателитској навигацији. Међутим, примена сложених полупроводничких материјала ограничена је питањима као што су ретке резерве, високи трошкови материјала, инхерентна токсичност, дефекти дубоког нивоа и тешкоће у производњи плочица великих величина.

У 21. веку, полупроводнички материјали треће генерације попутсилицијум карбидаНастали су (СиЦ), галијум нитрид (ГаН) и цинк оксид (ЗнО). Познати као полупроводнички материјали са широким појасом, полупроводнички материјали треће генерације показују одлична својства као што су висок напон пробоја, велика брзина засићења електрона, изузетна топлотна проводљивост и одлична отпорност на зрачење. Ови материјали су погодни за производњу полупроводничких уређаја који функционишу у високотемпературним, високонапонским, високофреквентним, високим зрачењем и апликацијама велике снаге.

Данас су полупроводнички материјали четврте генерације заступљенигалијум оксид(Га₂О₃), дијамант (Ц) и алуминијум нитрид (АлН). Ови материјали се називају полупроводнички материјали са ултрашироким размаком, који имају већу јачину поља пробоја од полупроводника треће генерације. Они могу да издрже веће напоне и нивое снаге, погодни за производњу електронских уређаја велике снаге и електронских уређаја високих перформанси. Међутим, производни и ланац снабдевања ових полупроводничких материјала четврте генерације нису зрели, што представља значајне изазове у производњи и припреми.