ГаН монокристал

Технологија полупроводника је била окосница модерне цивилизације, фундаментално трансформишући начин на који живимо, радимо и комуницирамо са светом. Омогућио је напредак без преседана у различитим областима укључујући информационе технологије, енергетику, телекомуникације и здравствену заштиту. Од микропроцесора који напајају наше паметне телефоне и рачунаре, до сензора у медицинским уређајима и енергетске електронике у системима обновљивих извора енергије, полупроводници су у сржи скоро сваке технолошке иновације прошлог века.

Прва генерација полупроводника: германијум и силицијум

Историја полупроводничке технологије почела је са првом генерацијом полупроводника, првенствено германијума (Ге) и силицијума (Си). Ови материјали су елементарни полупроводници, што значи да се састоје од једног елемента. Конкретно, силицијум је био најчешће коришћени полупроводнички материјал због свог обиља, економичности и одличних електронских својстава. Технологија заснована на силицијуму сазревала је деценијама, што је довело до развоја интегрисаних кола (ИЦ) која чине основу модерне електронике. Способност силицијума да формира стабилан и висококвалитетан оксидни слој (силицијум диоксид) била је критичан фактор у успеху уређаја метал-оксид-полупроводник (МОС), који су градивни блокови већине дигиталне електронике.

Друга генерација полупроводника: галијум арсенид и индијум фосфид

Како је технологија еволуирала, ограничења силицијума су постала очигледна, посебно у апликацијама велике брзине и високе фреквенције. Ово је довело до развоја друге генерације полупроводника, која укључује сложене полупроводнике као што су галијум арсенид (ГаАс) и индијум фосфид (ИнП). Ови материјали су познати по својој супериорној покретљивости електрона и директном појасу, што их чини идеалним за оптоелектронске уређаје као што су диоде које емитују светлост (ЛЕД), ласерске диоде и високофреквентни транзистори. ГаАс се, на пример, широко користи у микроталасним и милиметарским комуникационим системима, као иу сателитским и радарским технологијама. Упркос њиховим предностима, широко усвајање ГаАс и ИнП је ограничено због већих трошкова и изазова у производњи.

Трећа генерација полупроводника:Силицон ЦарбидеиГаллиум Нитриде

Последњих година фокус се померио на трећу генерацију полупроводника, која укључује материјале попутсилицијум карбид (СиЦ)игалијум нитрид (ГаН). Ови материјали поседују широк појас, што значи да могу да раде на вишим напонима, температурама и фреквенцијама од својих претходника.ГаН, посебно, привукао је значајну пажњу због својих изузетних својстава, укључујући широк појас од 3,4 еВ, високу покретљивост електрона, висок напон пробоја и одличну топлотну проводљивост. Ове карактеристике чинеГаНидеалан кандидат за апликације велике снаге и високе фреквенције, као што су брзи пуњачи, транзистори снаге и радио-фреквентни (РФ) микроталасни уређаји.

Кристална структура и спајање уГаН

ГаНприпада ИИИ-В групи једињења полупроводника, који се састоје од елемената из групе ИИИ (нпр. галијум) и групе В (нпр. азот) периодног система. Кристална структураГаНмогу постојати у два примарна облика: хексагонални вурцит и кубни сфалерит. На врсту кристалне структуре која се формира утиче природа хемијских веза између атома. У полупроводничким једињењима, веза може бити мешавина ковалентних и јонских веза. Што је веза јонскија, већа је вероватноћа да ће материјал формирати структуру вурцита. У случајуГаН, велика разлика у електронегативности између галијума (Га) и азота (Н) доводи до значајног јонског карактера у вези. као резултат,ГаНтипично кристалише у структури вурцита, која је позната по својој високој термичкој стабилности и отпорности на хемијску корозију.

Предности одГаНПреко ранијих полупроводничких материјала

У поређењу са полупроводничким материјалима прве и друге генерације,ГаНнуди неколико предности које га чине посебно атрактивним за најсавременије апликације. Једна од најзначајнијих предности је његов широк појас, који омогућава уређајима заснованим на ГаН-у да раде на вишим напонима и температурама без квара. Ово чини ГаН одличним материјалом за енергетску електронику, где су ефикасност и управљање топлотом критични проблеми. Поред тога, ГаН има нижу диелектричну константу, што помаже у смањењу капацитивности и омогућава брже пребацивање у транзисторима.

ГаНтакође се може похвалити већом јачином критичног електричног поља, омогућавајући уређајима да рукују већим електричним пољима без квара. Ово је посебно важно у апликацијама велике снаге, где је способност управљања високим напонима и струјама неопходна. Штавише, висока мобилност електрона ГаН-а доприноси његовој подобности за високофреквентне апликације, као што су РФ и микроталасни уређаји. Комбинација ових особина — високе топлотне проводљивости, отпорности на високе температуре и тврдоће зрачења — чини ГаН свестраним материјалом који је спреман да игра кључну улогу у следећој генерацији електронских уређаја.

ГаНу Савремене примене и будући изгледи

Јединствена својстваГаНвећ су почеле да револуционишу неколико индустрија. У потрошачкој електроници, брзи пуњачи засновани на ГаН-у постају све популарнији због своје ефикасности и компактне величине у поређењу са традиционалним пуњачима на бази силикона. У области телекомуникација, ГаН се користи за развој високофреквентних транзистора који су неопходни за 5Г мреже и шире. Ваздухопловство и сектор одбране такође истражују потенцијал ГаН-а за употребу у радарским и комуникационим системима велике снаге, где је његова способност да ради у екстремним условима непроцењива.