GaN ດຽວ Crystal

ເທກໂນໂລຍີ Semiconductor ໄດ້ເປັນກະດູກສັນຫຼັງຂອງອາລະຍະທໍາທີ່ທັນສະໄຫມ, ພື້ນຖານການປ່ຽນແປງວິທີການດໍາລົງຊີວິດ, ການເຮັດວຽກແລະການພົວພັນກັບໂລກ. ມັນໄດ້ເຮັດໃຫ້ຄວາມກ້າວຫນ້າທີ່ບໍ່ເຄີຍມີມາກ່ອນໃນດ້ານຕ່າງໆລວມທັງເຕັກໂນໂລຢີຂໍ້ມູນຂ່າວສານ, ພະລັງງານ, ໂທລະຄົມ, ແລະການດູແລສຸຂະພາບ. ຈາກຈຸນລະພາກທີ່ໃຫ້ພະລັງງານກັບໂທລະສັບສະຫຼາດແລະຄອມພິວເຕີຂອງພວກເຮົາ, ໄປຫາເຊັນເຊີໃນອຸປະກອນທາງການແພດ, ແລະເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານໃນລະບົບພະລັງງານທົດແທນ, semiconductors ແມ່ນສໍາຄັນຂອງເກືອບທຸກໆນະວັດກໍາເຕັກໂນໂລຢີຂອງສະຕະວັດທີ່ຜ່ານມາ.

ການຜະລິດທໍາອິດຂອງ Semiconductors: Germanium ແລະ Silicon

ປະຫວັດສາດຂອງເທກໂນໂລຍີ semiconductor ໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍການຜະລິດ semiconductors ທໍາອິດ, ຕົ້ນຕໍແມ່ນ germanium (Ge) ແລະ silicon (Si). ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນ semiconductors ອົງປະກອບ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າພວກມັນປະກອບດ້ວຍອົງປະກອບດຽວ. ໂດຍສະເພາະ, Silicon ໄດ້ເປັນອຸປະກອນ semiconductor ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດເນື່ອງຈາກຄວາມອຸດົມສົມບູນ, ປະສິດທິພາບຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ແລະຄຸນສົມບັດເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ດີເລີດ. ເທກໂນໂລຍີທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນໄດ້ແກ່ຍາວມາຫຼາຍສິບປີ, ນໍາໄປສູ່ການພັດທະນາຂອງວົງຈອນປະສົມປະສານ (ICs) ທີ່ເປັນພື້ນຖານຂອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທັນສະໄຫມ. ຄວາມສາມາດຂອງຊິລິໂຄນໃນການສ້າງຊັ້ນຜຸພັງທີ່ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງແລະມີຄຸນນະພາບສູງ (ຊິລິຄອນໄດອອກໄຊ) ເປັນປັດໃຈສໍາຄັນຕໍ່ຄວາມສໍາເລັດຂອງອຸປະກອນໂລຫະອອກໄຊ - ເຊມິຄອນດັກເຕີ (MOS), ເຊິ່ງເປັນຕົວສ້າງຂອງເອເລັກໂຕຣນິກດິຈິຕອນສ່ວນໃຫຍ່.

ຮຸ່ນທີສອງຂອງ Semiconductors: Gallium Arsenide ແລະ Indium Phosphide

ເມື່ອເຕັກໂນໂລຢີພັດທະນາ, ຂໍ້ຈໍາກັດຂອງຊິລິໂຄນໄດ້ກາຍເປັນປາກົດຂື້ນ, ໂດຍສະເພາະໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຄວາມໄວສູງແລະຄວາມຖີ່ສູງ. ອັນນີ້ເຮັດໃຫ້ການພັດທະນາຂອງ semiconductors ຮຸ່ນທີສອງ, ເຊິ່ງປະກອບມີ semiconductors ປະສົມເຊັ່ນ: gallium arsenide (GaAs) ແລະ indium phosphide (InP). ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກສໍາລັບການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ດີກວ່າແລະ bandgap ໂດຍກົງ, ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບອຸປະກອນ optoelectronic ເຊັ່ນ: diodes emitting ແສງສະຫວ່າງ (LEDs), diodes laser, ແລະ transistors ຄວາມຖີ່ສູງ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, GaAs ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນໄມໂຄເວຟແລະລະບົບການສື່ສານຄື້ນ millimeter, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບໃນດາວທຽມແລະເຕັກໂນໂລຊີ radar. ເຖິງວ່າຈະມີຂໍ້ໄດ້ປຽບຂອງພວກເຂົາ, ການຮັບຮອງເອົາຢ່າງກວ້າງຂວາງຂອງ GaAs ແລະ InP ໄດ້ຖືກຈໍາກັດເນື່ອງຈາກຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ສູງຂຶ້ນແລະຄວາມທ້າທາຍໃນການຜະລິດ.

ຮຸ່ນທີສາມຂອງ Semiconductors:ຊິລິໂຄນຄາໄບແລະGallium Nitride

ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ຈຸດສຸມໄດ້ຫັນໄປສູ່ການຜະລິດ semiconductors ທີສາມ, ເຊິ່ງລວມມີວັດສະດຸເຊັ່ນຊິລິຄອນຄາໄບ (SiC)ແລະgallium nitride (GaN). ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ມີ bandgap ກວ້າງ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າພວກເຂົາສາມາດເຮັດວຽກຢູ່ໃນແຮງດັນ, ອຸນຫະພູມ, ແລະຄວາມຖີ່ທີ່ສູງກວ່າຂອງລຸ້ນກ່ອນ.ກາໂດຍສະເພາະ, ໄດ້ເອົາໃຈໃສ່ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍສໍາລັບຄຸນສົມບັດພິເສດຂອງມັນ, ລວມທັງຊ່ອງຫວ່າງກວ້າງຂອງ 3.4 eV, ການເຄື່ອນໄຫວຂອງເອເລັກໂຕຣນິກສູງ, ແຮງດັນການທໍາລາຍສູງ, ແລະການນໍາຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດ. ລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ກາຜູ້ສະຫມັກທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີພະລັງງານສູງແລະຄວາມຖີ່ສູງ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງສາກໄວ, transistors ພະລັງງານ, ແລະອຸປະກອນ microwave ຄວາມຖີ່ວິທະຍຸ (RF).

ໂຄງປະກອບການໄປເຊຍກັນແລະການຜູກມັດໃນກາ

ກາເປັນຂອງກຸ່ມ III-V ຂອງສານ semiconductors ປະສົມ, ເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍອົງປະກອບຈາກກຸ່ມ III (ຕົວຢ່າງ, gallium) ແລະກຸ່ມ V (ເຊັ່ນ: ໄນໂຕຣເຈນ) ຂອງຕາຕະລາງໄລຍະເວລາ. ໂຄງ​ປະ​ກອບ​ການ​ໄປ​ເຊຍ​ກັນ​ຂອງ​ກາສາມາດມີຢູ່ໃນສອງຮູບແບບຕົ້ນຕໍ: wurtzite hexagonal ແລະ cubic sphalerite. ປະເພດຂອງໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນທີ່ປະກອບເປັນອິດທິພົນໂດຍລັກສະນະຂອງພັນທະບັດເຄມີລະຫວ່າງປະລໍາມະນູ. ໃນສານປະກອບ semiconductor, ການຜູກມັດສາມາດເປັນການປະສົມຂອງພັນທະບັດ covalent ແລະ ionic. ຄວາມຜູກພັນ ionic ຫຼາຍ, ອຸປະກອນການມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະປະກອບເປັນໂຄງສ້າງ wurtzite. ໃນກໍລະນີຂອງກາ, ຄວາມແຕກຕ່າງຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງ electronegativity ລະຫວ່າງ gallium (Ga) ແລະໄນໂຕຣເຈນ (N) ນໍາໄປສູ່ລັກສະນະ ionic ທີ່ສໍາຄັນໃນພັນທະບັດ. ດັ່ງນັ້ນ,ກາໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ crystallizes ໃນໂຄງສ້າງ wurtzite, ເຊິ່ງເປັນທີ່ຮູ້ຈັກສໍາລັບຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນສູງແລະຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການກັດກ່ອນຂອງສານເຄມີ.

ຂໍ້ດີຂອງກາຫຼາຍກວ່າວັດສະດຸ Semiconductor ກ່ອນຫນ້ານີ້

ເມື່ອປຽບທຽບກັບວັດສະດຸ semiconductor ຮຸ່ນທໍາອິດແລະຮຸ່ນທີສອງ,ກາສະເຫນີຂໍ້ໄດ້ປຽບຫຼາຍຢ່າງທີ່ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນທີ່ດຶງດູດໂດຍສະເພາະສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ທັນສະໃໝ. ຫນຶ່ງໃນຜົນປະໂຫຍດທີ່ສໍາຄັນແມ່ນ bandgap ກວ້າງຂອງມັນ, ອະນຸຍາດໃຫ້ອຸປະກອນທີ່ອີງໃສ່ GaN ເຮັດວຽກຢູ່ໃນແຮງດັນແລະອຸນຫະພູມທີ່ສູງຂຶ້ນໂດຍບໍ່ມີການທໍາລາຍລົງ. ນີ້ເຮັດໃຫ້ GaN ເປັນອຸປະກອນທີ່ດີເລີດສໍາລັບເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານ, ບ່ອນທີ່ປະສິດທິພາບແລະການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນແມ່ນຄວາມກັງວົນທີ່ສໍາຄັນ. ນອກຈາກນັ້ນ, GaN ມີຄວາມຄົງທີ່ dielectric ຕ່ໍາ, ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນ capacitance ແລະເຮັດໃຫ້ຄວາມໄວການສະຫຼັບໄວໃນ transistors.

ກາຍັງມີຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ສໍາຄັນທີ່ສູງຂຶ້ນ, ອະນຸຍາດໃຫ້ອຸປະກອນສາມາດຈັດການພາກສະຫນາມໄຟຟ້າຂະຫນາດໃຫຍ່ໂດຍບໍ່ມີການປະສົບຄວາມເສຍຫາຍ. ນີ້ແມ່ນສິ່ງສໍາຄັນໂດຍສະເພາະໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີພະລັງງານສູງ, ບ່ອນທີ່ຄວາມສາມາດໃນການຄຸ້ມຄອງແຮງດັນສູງແລະກະແສໄຟຟ້າແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກສູງຂອງ GaN ປະກອບສ່ວນໃຫ້ມັນເໝາະສົມກັບແອັບພລິເຄຊັນທີ່ມີຄວາມຖີ່ສູງ ເຊັ່ນ: ອຸປະກອນ RF ແລະ microwave. ການປະສົມປະສານຂອງຄຸນສົມບັດເຫຼົ່ານີ້ - ການນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ, ຄວາມທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງ, ແລະຄວາມແຂງຂອງລັງສີ - ເຮັດໃຫ້ GaN ເປັນວັດສະດຸທີ່ຫລາກຫລາຍທີ່ກຽມພ້ອມທີ່ຈະມີບົດບາດສໍາຄັນໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກລຸ້ນຕໍ່ໄປ.

ກາໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ທັນສະໄຫມແລະຄວາມສົດໃສດ້ານໃນອະນາຄົດ

ຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງກາໄດ້​ເລີ່ມ​ຕົ້ນ​ການ​ປະ​ຕິ​ວັດ​ອຸດ​ສາ​ຫະ​ກໍາ​ຈໍາ​ນວນ​ຫນຶ່ງ​. ໃນເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າຂອງຜູ້ບໍລິໂພກ, ເຄື່ອງສາກໄວທີ່ອີງໃສ່ GaN ກໍາລັງກາຍເປັນທີ່ນິຍົມຫລາຍຂຶ້ນຍ້ອນປະສິດທິພາບແລະຂະຫນາດກະທັດລັດເມື່ອທຽບກັບເຄື່ອງຊາດທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນແບບດັ້ງເດີມ. ໃນ​ຂົງ​ເຂດ​ໂທລະ​ຄົມ​, GaN ຖືກ​ນໍາ​ໃຊ້​ເພື່ອ​ພັດ​ທະ​ນາ transistors ຄວາມ​ຖີ່​ສູງ​ທີ່​ຈໍາ​ເປັນ​ສໍາ​ລັບ​ເຄືອ​ຂ່າຍ 5G ແລະ​ນອກ​ຈາກ​ນັ້ນ​. ຂະແໜງການບິນ ແລະ ປ້ອງກັນຊາດຍັງສຳຫຼວດທ່າແຮງຂອງ GaN ໃນການນຳໃຊ້ໃນລະບົບ radar ພະລັງງານສູງ ແລະ ລະບົບການສື່ສານ, ບ່ອນທີ່ຄວາມສາມາດຂອງຕົນໃນການປະຕິບັດງານພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ຮ້າຍກາດແມ່ນມີມູນຄ່າຫລາຍ.