Co jsou polovodičové materiály první generace, druhé generace, třetí generace a čtvrté generace?

Polovodičové materiály jsou materiály s elektrickou vodivostí mezi vodiči a izolátory při pokojové teplotě, které jsou široce používány v oborech, jako jsou integrované obvody, komunikace, energetika a optoelektronika. S rozvojem technologie se polovodičové materiály vyvinuly z první generace na generaci čtvrtou.

V polovině 20. století se první generace polovodičových materiálů skládala hlavně z germania (Ge) akřemík(Si). Pozoruhodné je, že první tranzistor a první integrovaný obvod na světě byly vyrobeny z germania. Koncem 60. let jej však postupně nahradil křemík kvůli jeho nevýhodám, jako je nízká tepelná vodivost, nízký bod tání, špatná odolnost vůči vysokým teplotám, nestabilní ve vodě rozpustná oxidová struktura a malá mechanická pevnost. Díky své vynikající odolnosti vůči vysokým teplotám, vynikající odolnosti vůči záření, pozoruhodné hospodárnosti a bohatým zásobám křemík postupně nahradil germanium jako hlavní materiál a toto postavení si udržel dodnes.

V 90. letech se začala objevovat druhá generace polovodičových materiálů s arsenidem galia (GaAs) a fosfidem india (InP) jako reprezentativní materiály. Druhé polovodičové materiály nabízejí výhody, jako je velká bandgap, nízká koncentrace nosičů, vynikající optoelektronické vlastnosti, stejně jako vynikající tepelná odolnost a odolnost proti záření. Tyto výhody je činí široce používanými v mikrovlnné komunikaci, satelitní komunikaci, optické komunikaci, optoelektronických zařízeních a satelitní navigaci. Aplikace složených polovodičových materiálů jsou však omezeny problémy, jako jsou vzácné zásoby, vysoké materiálové náklady, inherentní toxicita, hluboké defekty a potíže při výrobě velkých plátků.

V 21. století se polovodičovým materiálům třetí generace líbíkarbid křemíkuvznikly (SiC), nitrid galia (GaN) a oxid zinečnatý (ZnO). Polovodičové materiály třetí generace, známé jako polovodičové materiály se širokým pásmem, vykazují vynikající vlastnosti, jako je vysoké průrazné napětí, vysoká rychlost saturace elektronů, výjimečná tepelná vodivost a vynikající odolnost vůči záření. Tyto materiály jsou vhodné pro výrobu polovodičových součástek, které fungují ve vysokoteplotních, vysokonapěťových, vysokofrekvenčních, vysoce radiačních a vysokovýkonových aplikacích.

V dnešní době jsou polovodičové materiály čtvrté generace zastoupenyoxid gallia(Ga₂O3), diamant (C) a nitrid hliníku (AlN). Tyto materiály se nazývají polovodičové materiály s ultraširokým pásmem, které mají vyšší průraznou sílu pole než polovodiče třetí generace. Odolají vyššímu napětí a úrovním výkonu, vhodné pro výrobu vysoce výkonných elektronických zařízení a vysoce výkonných radiofrekvenčních elektronických zařízení. Výrobní a dodavatelský řetězec těchto polovodičových materiálů čtvrté generace však není vyspělý, což představuje značné problémy ve výrobě a přípravě.