Mis on esimese põlvkonna, teise põlvkonna, kolmanda ja neljanda põlvkonna pooljuhtmaterjalid?

Pooljuhtmaterjalid on materjalid, millel on toatemperatuuril elektrijuhtivus juhtide ja isolaatorite vahel ning mida kasutatakse laialdaselt sellistes valdkondades nagu integraallülitused, side, energeetika ja optoelektroonika. Tehnoloogia arenguga on pooljuhtmaterjalid arenenud esimesest põlvkonnast neljanda põlvkonnani.

20. sajandi keskel koosnesid esimese põlvkonna pooljuhtmaterjalid peamiselt germaaniumist (Ge) jaräni(Si). Märkimisväärne on see, et esimene transistor ja esimene integraallülitus maailmas olid mõlemad valmistatud germaaniumist. Kuid 1960. aastate lõpus asendati see järk-järgult räniga, kuna sellel on puudused, nagu madal soojusjuhtivus, madal sulamistemperatuur, halb vastupidavus kõrgele temperatuurile, ebastabiilne vees lahustuv oksiidstruktuur ja nädalane mehaaniline tugevus. Tänu oma suurepärasele vastupidavusele kõrgel temperatuuril, suurepärasele kiirguskindlusele, märkimisväärsele kuluefektiivsusele ja külluslikele varudele asendas räni järk-järgult germaaniumi peamise materjalina ja säilitas selle positsiooni siiani.

1990. aastatel hakkas tekkima teine ​​pooljuhtmaterjalide põlvkond, mille tüüpilisteks materjalideks olid galliumarseniid (GaAs) ja indiumfosfiid (InP). Teised pooljuhtmaterjalid pakuvad eeliseid, nagu suur ribalaius, madal kandja kontsentratsioon, suurepärased optoelektroonilised omadused, samuti suurepärane soojustakistus ja kiirguskindlus. Nende eeliste tõttu kasutatakse neid laialdaselt mikrolainesides, satelliitsides, optilises sides, optoelektroonikaseadmetes ja satelliitnavigatsioonis. Liitpooljuhtmaterjalide rakendusi piiravad aga sellised probleemid nagu haruldased varud, kõrged materjalikulud, loomupärane toksilisus, sügavad defektid ja raskused suurte vahvlite valmistamisel.

21. sajandil meeldisid kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalidränikarbiid(SiC), galliumnitriid (GaN) ja tsinkoksiid (ZnO) tekkisid. Laia ribalaiusega pooljuhtmaterjalidena tuntud kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalidel on suurepärased omadused, nagu kõrge läbilöögipinge, kõrge elektronide küllastuskiirus, erakordne soojusjuhtivus ja suurepärane kiirguskindlus. Need materjalid sobivad pooljuhtseadmete tootmiseks, mis töötavad kõrge temperatuuri, kõrgepinge, kõrgsagedusliku, suure kiirgusega ja suure võimsusega rakendustes.

Tänapäeval esindavad neljanda põlvkonna pooljuhtmaterjalidgalliumoksiid(Ga₂O3), teemant (C) ja alumiiniumnitriid (AlN). Neid materjale nimetatakse ülilaia ribalaiusega pooljuhtmaterjalideks, millel on suurem läbilöögiväljatugevus kui kolmanda põlvkonna pooljuhtidel. Nad taluvad kõrgemaid pingeid ja võimsustasemeid, sobivad suure võimsusega elektroonikaseadmete ja suure jõudlusega raadiosageduslike elektroonikaseadmete valmistamiseks. Kuid nende neljanda põlvkonna pooljuhtmaterjalide tootmis- ja tarneahel ei ole veel küps, mis tekitab tootmises ja ettevalmistamises olulisi väljakutseid.