GaN Tək Kristal

Yarımkeçirici texnologiya müasir sivilizasiyanın onurğa sütunu olub, yaşamaq, işləmək və dünya ilə qarşılıqlı münasibətimizi əsaslı şəkildə dəyişdirib. Bu, informasiya texnologiyaları, enerji, telekommunikasiya və səhiyyə də daxil olmaqla müxtəlif sahələrdə misli görünməmiş irəliləyişlərə imkan verdi. Smartfonlarımızı və kompüterlərimizi gücləndirən mikroprosessorlardan tutmuş tibbi cihazlardakı sensorlara və bərpa olunan enerji sistemlərində enerji elektronikasına qədər yarımkeçiricilər ötən əsrin demək olar ki, bütün texnoloji yeniliklərinin əsasını təşkil edir.

Yarımkeçiricilərin birinci nəsli: Germanium və Silikon

Yarımkeçirici texnologiyanın tarixi ilk nəsil yarımkeçiricilər, ilk növbədə germanium (Ge) və silikon (Si) ilə başladı. Bu materiallar elementar yarımkeçiricilərdir, yəni bir elementdən ibarətdir. Xüsusilə silisium bolluğu, qənaətcilliyi və əla elektron xüsusiyyətlərinə görə ən çox istifadə edilən yarımkeçirici material olmuşdur. Silikon əsaslı texnologiya onilliklər ərzində yetişdi və müasir elektronikanın əsasını təşkil edən inteqral sxemlərin (IC) inkişafına səbəb oldu. Silisiumun sabit və yüksək keyfiyyətli oksid təbəqəsi (silisium dioksid) əmələ gətirmə qabiliyyəti əksər rəqəmsal elektronikanın tikinti blokları olan metal-oksid-yarımkeçirici (MOS) cihazlarının uğurunda mühüm amil olmuşdur.

Yarımkeçiricilərin ikinci nəsli: Qallium arsenid və indium fosfidi

Texnologiya inkişaf etdikcə, silikonun məhdudiyyətləri xüsusilə yüksək sürətli və yüksək tezlikli tətbiqlərdə aydın oldu. Bu, qallium arsenid (GaAs) və indium fosfidi (InP) kimi mürəkkəb yarımkeçiriciləri ehtiva edən ikinci nəsil yarımkeçiricilərin inkişafına səbəb oldu. Bu materiallar üstün elektron hərəkətliliyi və birbaşa bant aralığı ilə tanınır, bu da onları işıq yayan diodlar (LED), lazer diodları və yüksək tezlikli tranzistorlar kimi optoelektronik cihazlar üçün ideal hala gətirir. Məsələn, GaAs mikrodalğalı və millimetr dalğalı rabitə sistemlərində, həmçinin peyk və radar texnologiyalarında geniş istifadə olunur. Üstünlüklərinə baxmayaraq, GaAs və InP-nin geniş tətbiqi daha yüksək xərclər və istehsaldakı çətinliklər səbəbindən məhdud olmuşdur.

Üçüncü nəsil yarımkeçiricilər:Silikon karbidvəQallium Nitridi

Son illərdə diqqət üçüncü nəsil yarımkeçiricilərə keçdi, bura kimi materiallar daxildirsilisium karbid (SiC)vəqallium nitridi (GaN). Bu materiallar geniş diapazona malikdir, yəni onlar sələflərindən daha yüksək gərginliklərdə, temperaturlarda və tezliklərdə işləyə bilirlər.GaN, xüsusilə, 3,4 eV geniş diapazonu, yüksək elektron hərəkətliliyi, yüksək parçalanma gərginliyi və əla istilik keçiriciliyi daxil olmaqla, müstəsna xüsusiyyətlərinə görə əhəmiyyətli diqqət topladı. Bu xüsusiyyətlər yaradırGaNsürətli şarj cihazları, güc tranzistorları və radiotezlikli (RF) mikrodalğalı cihazlar kimi yüksək güclü və yüksək tezlikli tətbiqlər üçün ideal namizəddir.

Kristal quruluşu və bağlanmasıGaN

GaNdövri cədvəlin III qrupunun (məsələn, qallium) və V qrupunun (məsələn, azot) elementlərindən ibarət olan mürəkkəb yarımkeçiricilərin III-V qrupuna aiddir. Kristal quruluşuGaNiki əsas formada mövcud ola bilər: altıbucaqlı vurtsit və kubik sfalerit. Yaranan kristal quruluşun növü atomlar arasındakı kimyəvi bağların təbiətindən təsirlənir. Yarımkeçirici birləşmələrdə birləşmə kovalent və ion bağlarının qarışığı ola bilər. Bağ nə qədər çox ion olarsa, materialın vurtzit quruluşu meydana gətirmə ehtimalı bir o qədər yüksəkdir. haldaGaN, qallium (Ga) və azot (N) arasındakı böyük elektronmənfilik fərqi bağda əhəmiyyətli bir ion xarakterinə səbəb olur. Nəticədə,GaNadətən yüksək istilik sabitliyi və kimyəvi korroziyaya qarşı müqaviməti ilə tanınan wurtzite strukturunda kristallaşır.

üstünlükləriGaNƏvvəlki yarımkeçirici materiallar üzərində

Birinci və ikinci nəsil yarımkeçirici materiallarla müqayisədə,GaNqabaqcıl tətbiqlər üçün xüsusilə cəlbedici edən bir sıra üstünlüklər təklif edir. Ən əhəmiyyətli üstünlüklərdən biri GaN əsaslı cihazların qırılmadan daha yüksək gərginliklərdə və temperaturda işləməsinə imkan verən geniş diapazondur. Bu, GaN-ni səmərəlilik və istilik idarəetməsinin kritik narahatlıqlar olduğu güc elektronikası üçün əla material edir. Bundan əlavə, GaN daha aşağı dielektrik sabitinə malikdir, bu da kapasitansı azaltmağa və tranzistorlarda daha sürətli keçid sürətini təmin etməyə kömək edir.

GaNhəmçinin daha yüksək kritik elektrik sahəsinin gücü ilə öyünür, bu da cihazlara nasazlıq yaşamadan daha böyük elektrik sahələrini idarə etməyə imkan verir. Bu, yüksək gərginlikləri və cərəyanları idarə etmək bacarığının vacib olduğu yüksək güclü tətbiqlərdə xüsusilə vacibdir. Bundan əlavə, GaN-in yüksək elektron hərəkətliliyi onun RF və mikrodalğalı cihazlar kimi yüksək tezlikli tətbiqlər üçün uyğunluğuna kömək edir. Bu xüsusiyyətlərin birləşməsi - yüksək istilik keçiriciliyi, yüksək temperatur müqaviməti və radiasiya sərtliyi - GaN-ni gələcək nəsil elektron cihazlarda həlledici rol oynamağa hazır olan çox yönlü bir materiala çevirir.

GaNMüasir Tətbiqlər və Gələcək Perspektivlər

Unikal xassələriGaNartıq bir neçə sənayedə inqilab etməyə başlayıblar. İstehlakçı elektronikasında GaN əsaslı sürətli şarj cihazları ənənəvi silikon əsaslı şarj cihazları ilə müqayisədə səmərəliliyi və yığcam ölçüsü sayəsində getdikcə populyarlaşır. Telekommunikasiya sahəsində GaN 5G şəbəkələri və ondan kənarda vacib olan yüksək tezlikli tranzistorların hazırlanmasında istifadə olunur. Aerokosmik və müdafiə sektorları həmçinin GaN-in ekstremal şəraitdə işləmək qabiliyyətinin əvəzolunmaz olduğu yüksək güclü radar və rabitə sistemlərində istifadə potensialını araşdırır.