Бірінші буын, екінші ұрпақ, үшінші ұрпақ және төртінші буын жартылай өткізгіш материалдар дегеніміз не?

Жартылай өткізгіш материалдар интегралдық схемалар, коммуникациялар, энергетика және оптоэлектроника сияқты салаларда кеңінен қолданылатын бөлме температурасында өткізгіштер мен оқшаулағыштар арасында электр өткізгіштігі бар материалдар болып табылады. Технологияның дамуымен жартылай өткізгіш материалдар бірінші ұрпақтан төртінші ұрпаққа дейін дамыды.

20 ғасырдың ортасында жартылай өткізгіш материалдардың бірінші буыны негізінен германийден (Ge) жәнекремний(Si). Айта кету керек, әлемдегі алғашқы транзистор мен бірінші интегралды схема германийден жасалған. Бірақ ол төмен жылу өткізгіштік, төмен балқу температурасы, төмен жоғары температураға төзімділік, тұрақсыз суда еритін оксид құрылымы және апталық механикалық беріктік сияқты кемшіліктеріне байланысты 1960 жылдардың аяғында біртіндеп кремниймен ауыстырылды. Жоғары температураға, тамаша радиацияға төзімділігінің, тамаша үнемділігінің және мол қорларының арқасында кремний бірте-бірте негізгі материал ретінде германийді алмастырды және осы позицияны бүгінгі күнге дейін сақтап қалды.

1990 жылдары жартылай өткізгіш материалдардың екінші ұрпағы репрезентативті материалдар ретінде галий арсениді (GaAs) және индий фосфиді (InP) пайда бола бастады. Екінші жартылай өткізгіш материалдар үлкен диапазон, төмен тасымалдаушы концентрациясы, жоғары оптоэлектрондық қасиеттер, сондай-ақ тамаша жылу кедергісі және радиацияға төзімділік сияқты артықшылықтарды ұсынады. Бұл артықшылықтар оларды микротолқынды байланыста, спутниктік байланыста, оптикалық байланыста, оптоэлектрондық құрылғыларда және спутниктік навигацияда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді. Дегенмен, құрама жартылай өткізгіш материалдарды қолдану сирек қорлар, жоғары материалдық шығындар, өзіне тән уыттылық, терең деңгейлі ақаулар және үлкен өлшемді пластиналарды дайындаудағы қиындықтар сияқты мәселелермен шектеледі.

21 ғасырда үшінші буындағы жартылай өткізгіш материалдар сияқтыкремний карбиді(SiC), галий нитриді (GaN) және мырыш оксиді (ZnO) пайда болды. Кең диапазонды жартылай өткізгіш материалдар ретінде белгілі, үшінші буындағы жартылай өткізгіш материалдар жоғары бұзылу кернеуі, жоғары электрондарды қанықтыру жылдамдығы, ерекше жылу өткізгіштік және тамаша сәулеленуге төзімділік сияқты тамаша қасиеттерді көрсетеді. Бұл материалдар жоғары температурада, жоғары вольтты, жоғары жиілікті, жоғары радиациялық және жоғары қуатты қолданбаларда жұмыс істейтін жартылай өткізгішті құрылғыларды өндіруге жарамды.

Қазіргі уақытта төртінші буындағы жартылай өткізгіш материалдар ұсынылғангалий оксиді(Ga₂O₃), алмаз (C) және алюминий нитриді (AlN). Бұл материалдар ультра кең жолақты жартылай өткізгіш материалдар деп аталады, үшінші буындағы жартылай өткізгіштерге қарағанда бұзылу өрісінің күші жоғары. Олар жоғары кернеулер мен қуат деңгейлеріне төтеп бере алады, жоғары қуатты электрондық құрылғылар мен өнімділігі жоғары радиожиілік электрондық құрылғыларды өндіруге жарамды. Дегенмен, осы төртінші буынның жартылай өткізгіш материалдарын өндіру және жеткізу тізбегі жетілмеген, бұл өндіріс пен дайындауда айтарлықтай қиындықтар тудырады.