Kas yra pirmos kartos, antrosios kartos, trečios kartos ir ketvirtos kartos puslaidininkinės medžiagos?

Puslaidininkinės medžiagos yra medžiagos, kurių elektros laidumas tarp laidininkų ir izoliatorių kambario temperatūroje yra plačiai naudojamas tokiose srityse kaip integriniai grandynai, ryšiai, energija ir optoelektronika. Tobulėjant technologijoms, puslaidininkinės medžiagos išsivystė nuo pirmosios kartos iki ketvirtosios kartos.

XX amžiaus viduryje pirmosios kartos puslaidininkinės medžiagos daugiausia buvo sudarytos iš germanio (Ge) irsilicio(Si). Pažymėtina, kad pirmasis tranzistorius ir pirmoji integrinė grandinė pasaulyje buvo pagaminti iš germanio. Tačiau septintojo dešimtmečio pabaigoje jis palaipsniui buvo pakeistas siliciu dėl savo trūkumų, tokių kaip mažas šilumos laidumas, žema lydymosi temperatūra, prastas atsparumas aukštai temperatūrai, nestabili vandenyje tirpaus oksido struktūra ir savaitės mechaninis stiprumas. Dėl puikaus atsparumo aukštai temperatūrai, puikaus atsparumo radiacijai, nepaprasto ekonomiškumo ir gausių atsargų silicis palaipsniui pakeitė germanį kaip pagrindinę medžiagą ir išlaikė šią poziciją iki šiol.

Dešimtajame dešimtmetyje pradėjo atsirasti antroji puslaidininkinių medžiagų karta, kurios tipiškos medžiagos buvo galio arsenidas (GaAs) ir indžio fosfidas (InP). Antrosios puslaidininkinės medžiagos turi tokius pranašumus kaip didelis pralaidumas, maža nešiklio koncentracija, puikios optoelektroninės savybės, taip pat puiki šiluminė varža ir atsparumas spinduliuotei. Dėl šių pranašumų jie plačiai naudojami mikrobangų ryšiui, palydoviniam ryšiui, optiniam ryšiui, optoelektroniniams prietaisams ir palydovinei navigacijai. Tačiau sudėtinių puslaidininkinių medžiagų panaudojimą riboja tokios problemos kaip retos atsargos, didelės medžiagų sąnaudos, būdingas toksiškumas, gilūs defektai ir sunkumai gaminant didelio dydžio plokšteles.

XXI amžiuje trečios kartos puslaidininkinės medžiagos kaipsilicio karbidasAtsirado (SiC), galio nitridas (GaN) ir cinko oksidas (ZnO). Trečiosios kartos puslaidininkinės medžiagos, žinomos kaip plataus diapazono puslaidininkinės medžiagos, pasižymi puikiomis savybėmis, tokiomis kaip aukšta skilimo įtampa, didelis elektronų prisotinimo greitis, išskirtinis šilumos laidumas ir puikus atsparumas spinduliuotei. Šios medžiagos tinka puslaidininkiniams įtaisams, kurie veikia aukštos temperatūros, aukštos įtampos, aukšto dažnio, didelės spinduliuotės ir didelės galios įrenginiuose, gaminti.

Šiais laikais ketvirtos kartos puslaidininkines medžiagas atstovaujagalio oksidas(Ga₂O3), deimantas (C) ir aliuminio nitridas (AlN). Šios medžiagos vadinamos itin plačios juostos puslaidininkinėmis medžiagomis, turinčiomis didesnį skilimo lauko stiprumą nei trečiosios kartos puslaidininkių. Jie gali atlaikyti aukštesnes įtampas ir galios lygius, tinkami didelės galios elektroniniams prietaisams ir didelio našumo radijo dažnio elektroniniams prietaisams gaminti. Tačiau šių ketvirtos kartos puslaidininkinių medžiagų gamybos ir tiekimo grandinė nėra subrendusi, todėl kyla didelių iššūkių gaminant ir ruošiant.