Ny fitaovana semiconductor dia nivoatra tamin'ny taranaka telo niova:
Ny 1st Gen (Si/Ge) dia nametraka ny fototry ny elektronika maoderina,
Ny 2nd Gen (GaAs/InP) dia namakivaky ireo sakana optoelektronika sy avo lenta mba hanamafisana ny revolisiona vaovao,
Ny 3rd Gen (SiC/GaN) izao dia miatrika ireo fanamby momba ny angovo sy ny tontolo iainana faran'izay haingana, manome ny tsy fiandaniana karbônina sy ny vanim-potoana 6G.
Ity fandrosoana ity dia manambara fiovana paradigma avy amin'ny fahaiza-manao ho amin'ny fanasokajiana ny siansa ara-materialy.
1. Semiconductor andiany voalohany: Silicon (Si) sy Germanium (Ge)
Tantara ara-tantara
Tamin'ny 1947, Bell Labs dia nanamboatra ny transistor germanium, nanamarika ny fiandohan'ny vanim-potoana semiconductor. Tamin'ny taona 1950, ny silisiôma dia nisolo tsikelikely ny germanium ho fototry ny circuit integrated (ICs) noho ny sosona oxide stable (SiO₂) sy ny tahiry voajanahary be dia be.
Fananana ara-materialy
ⅠBandgap:
Germanium: 0.67eV (fanelanelanana tery, mora mitete amin'izao fotoana izao, tsy fahombiazana amin'ny hafanana ambony).
Silicone: 1.12eV (indirect bandgap, mety amin'ny logic circuits fa tsy mahavita mamoaka hazavana).
Ⅱ,Ny tombony amin'ny silicone:
Miforona ho azy ny oxide (SiO₂) kalitao avo lenta, ahafahana manamboatra MOSFET.
Ny vidiny ambany sy ny tany be dia be (~ 28% ny crustal composition).
Ⅲ,fetra:
Ny fivezivezena elektronika ambany (1500 cm²/(V·s) ihany), mametra ny fampandehanana matetika.
Fandeferana malefaka/marefo (mari-panao ambony indrindra ~ 150°C).
Fampiharana fototra
Ⅰ,Circuit Integrated (ICs):
Miantehitra amin'ny silisiôma ny CPUs, ny puce fitadidiana (oh: DRAM, NAND) ho an'ny hakitroky avo lenta.
Ohatra: Intel's 4004 (1971), microprocessor ara-barotra voalohany, nampiasa teknolojia silisiôma 10μm.
Ⅱ,Fitaovana herinaratra:
Ny thyristors taloha sy MOSFET ambany voly (ohatra, famatsiana herinaratra PC) dia mifototra amin'ny silisiôma.
Fanamby & Lany andro
Nofoanana ny Germanium noho ny tsy fahampian'ny hafanana sy ny fivoahana. Na izany aza, ny fetran'ny silisiôma amin'ny optoelectronics sy ny fampiharana mahery vaika dia nanosika ny fivoaran'ny semiconductor manaraka.
Semiconductors andiany faharoa: Gallium Arsenide (GaAs) sy Indium Phosphide (InP)
Fampandrosoana fototra
Nandritra ny taona 1970–1980, ireo sehatra vao misondrotra toa ny fifandraisana amin'ny finday, ny tamba-jotra fibre optique, ary ny teknolojia zanabolana dia niteraka fitakiana goavana ho an'ny fitaovana optoelektronika avo lenta sy mahomby. Izany dia nitarika ny fandrosoan'ny semiconductor bandgap mivantana toa an'i GaAs sy InP.
Fananana ara-materialy
Bandgap & Optoelectronic Performance:
GaAs: 1.42eV (gap mivantana, mamela ny famoahana hazavana-mety ho an'ny lasers / LED).
InP: 1.34eV (mety kokoa amin'ny fampiharana amin'ny halavan'ny onjam-peo, ohatra, fifandraisana fibre optique 1550nm).
Fandefasana elektrôna:
Ny GaAs dia mahatratra 8500 cm²/(V·s), mihoatra lavitra noho ny silisiôma (1500 cm²/(V·s)), ka mahatonga azy io ho tsara indrindra amin'ny fanodinana famantarana GHz.
fatiantoka
lNy substrate marefo: Sarotra kokoa ny manamboatra noho ny silisiôma; Ny wafers GaAs dia mitentina 10 × mihoatra.
lTsy misy oksizenina teratany: Tsy toy ny SiO₂ silisiôna, ny GaAs/InP dia tsy manana oksida marin-toerana, manakana ny fanamboarana IC avo lenta.
Fampiharana fototra
lRF Front-Ends:
Fanamafisana herinaratra finday (PA), transceiver zanabolana (oh: transistor HEMT miorina amin'ny GaAs).
lOptoelectronics:
Laser diodes (CD/DVD drives), LEDs (mena/infrarouge), fibre optic modules (InP lasers).
lEspace Solar Cells:
Ny sela GaAs dia mahatratra 30% ny fahombiazany (vs. ~ 20% ho an'ny silisiôma), tena ilaina amin'ny satelita.
lTeknolojia Bottlenecks
Ny vidiny avo dia mametra ny GaAs/InP amin'ny fampiharana avo lenta, manakana azy ireo tsy hamindra ny fanjakazakan'ny silisiôma amin'ny chips lojika.
Semiconductors andiany fahatelo (Semiconductors Wide-Bandgap): Silicon Carbide (SiC) sy Gallium Nitride (GaN)
Teknolojia Drivers
Revolisiona Angovo: Mitaky fitaovana herinaratra mahomby kokoa ny fiara elektrika sy ny fampifandraisana angovo azo havaozina.
Filàna avo lenta: Ny fifandraisana 5G sy ny rafitra radar dia mitaky fatrany ambony kokoa sy hakitroky ny herinaratra.
Tontolo iainana mahery vaika: Mila fitaovana mahazaka hafanana mihoatra ny 200°C ny fampiharana aerospace sy motera indostrialy.
Toetra ara-pitaovana
Wide Bandgap Tombontsoa:
lSiC: Bandgap an'ny 3.26eV, fahapotehan'ny herin'ny herinaratra 10x an'ny silisiôma, mahazaka voltora mihoatra ny 10kV.
lGaN: Bandgap an'ny 3.4eV, fivezivezena elektronika 2200 cm²/(V·s), tsara indrindra amin'ny fampisehoana avo lenta.
Fitantanana mafana:
Mahatratra 4.9 W/(cm·K) ny conductivity thermale an'ny SiC, in-telo heny noho ny silisiôma, ka mety tsara ho an'ny fampiharana mahery vaika.
Fanamby ara-pitaovana
SiC: Ny fitomboan'ny kristaly tokana miadana dia mitaky mari-pana mihoatra ny 2000°C, ka miteraka fahadisoam-panantenana sy fandaniam-bola be (ny wafer SiC 6-inch dia 20x lafo kokoa noho ny silisiôma).
GaN: Tsy manana substrate voajanahary, matetika mitaky heteroepitaxy amin'ny safira, SiC, na silisiôna substrate, ka miteraka olana amin'ny tsy fitovian'ny makarakara.
Fampiharana fototra
Hery elektronika:
EV inverter (ohatra, Tesla Model 3 dia mampiasa SiC MOSFETs, manatsara ny fahombiazan'ny 5-10%).
Toeram-piantsonan'ny fiampangana haingana / adaptatera (ny fitaovana GaN dia manome 100W+ famandrihana haingana nefa mampihena 50%) ny habeny.
Fitaovana RF:
Fanamafisana herinaratra toby 5G (GaN-on-SiC PAs dia manohana ny frequence mmWave).
Radar miaramila (GaN dia manolotra 5 × ny hakitroky ny herin'ny GaAs).
Optoelectronics:
UV LEDs (fitaovana AlGaN ampiasaina amin'ny sterilization sy ny fanaraha-maso ny kalitaon'ny rano).
Toetran'ny indostria sy ny fijery ho avy
Ny SiC dia manjaka amin'ny tsenan'ny herinaratra avo lenta, miaraka amin'ny maodely kilasy fiara efa vita amin'ny famokarana faobe, na dia mijanona ho sakana aza ny vidiny.
Ny GaN dia miitatra haingana amin'ny elektronika mpanjifa (famerenana haingana) sy ny fampiharana RF, mamindra mankany amin'ny wafer 8-inch.
Ny fitaovana mipoitra toa ny galium oxide (Ga₂O₃, bandgap 4.8eV) sy diamondra (5.5eV) dia mety hamorona semiconductor "taranaka fahefatra", manosika ny fetran'ny voltase mihoatra ny 20kV.
Fiaraha-monina sy fiaraha-mientana amin'ny taranaka semiconductor
Fifamenonana fa tsy fanoloana:
Silicon dia mijanona ho manjaka amin'ny chips lojika sy ny elektronika mpanjifa (95% amin'ny tsenan'ny semiconductor manerantany).
Ny GaAs sy InP dia manam-pahaizana manokana amin'ny niches avo lenta sy optoelectronic.
Ny SiC/GaN dia tsy azo soloina amin'ny fampiasana angovo sy indostrialy.
Ohatra fampidirana teknolojia:
GaN-on-Si: Manambatra ny GaN miaraka amin'ny substrate silisiôma mora vidy ho an'ny fiampangana haingana sy fampiharana RF.
Modules hybrid SiC-IGBT: Manatsara ny fahombiazan'ny fiovam-po.
Fironana ho avy:
Fampidirana heterogène: Fampifangaroana fitaovana (ohatra, Si + GaN) amin'ny puce tokana mba handanjalanjana ny fahombiazany sy ny vidiny.
Ny fitaovana fanelanelanana faran'izay midadasika (oh: Ga₂O₃, diamondra) dia mety ahafahana mampiasa informatika faran'izay ambony (>20kV) sy informatika.
Famokarana mifandraika
GaAs laser epitaxial wafer 4 inch 6 inch
12 mirefy SIC substrate silisiôma carbide prime grade savaivony 300mm lehibe habeny 4H-N Mety amin'ny hery avo fitaovana hafanana dissipation
Fotoana fandefasana: May-07-2025