Ano ang First-generation, Second-generation, Third-generation, at Fourth-generation semiconductor na materyales?

Ang mga semiconductor na materyales ay ang mga materyales na may electrical conductivity sa pagitan ng mga conductor at insulator sa temperatura ng silid, na malawakang ginagamit sa mga larangan tulad ng mga integrated circuit, komunikasyon, enerhiya at optoelectronics. Sa pag-unlad ng teknolohiya, ang mga materyales ng semiconductor ay umunlad mula sa unang henerasyon hanggang sa ikaapat na henerasyon.

Noong kalagitnaan ng ika-20 siglo, ang unang henerasyon ng mga semiconductor na materyales ay pangunahing binubuo ng germanium (Ge) atsilikon(Si). Kapansin-pansin, ang unang transistor at ang unang integrated circuit sa mundo ay parehong gawa sa germanium. Ngunit unti-unti itong napalitan ng silikon noong huling bahagi ng dekada 1960, dahil sa mga kakulangan nito tulad ng mababang thermal conductivity, mababang temperatura ng pagkatunaw, mahinang resistensya sa mataas na temperatura, hindi matatag na istraktura ng oksido na nalulusaw sa tubig, at lakas ng mekanikal na linggo. Salamat sa superyor nitong mataas na temperatura na resistensya, mahusay na radiation resistance, kapansin-pansing cost-effectiveness, at masaganang reserba, unti-unting pinalitan ng silicon ang germanium bilang pangunahing materyal at pinanatili ang posisyong ito hanggang sa kasalukuyan.

Noong 1990s, nagsimulang lumitaw ang ikalawang henerasyon ng mga semiconductor na materyales, kasama ang gallium arsenide (GaAs) at indium phosphide (InP) bilang mga materyales na kinatawan. Ang pangalawang materyal na semiconductor ay nag-aalok ng mga bentahe tulad ng isang malaking bandgap, mababang konsentrasyon ng carrier, superior optoelectronic properties, pati na rin ang mahusay na thermal resistance at radiation resistance. Ang mga pakinabang na ito ay ginagawang malawakang ginagamit ang mga ito sa komunikasyon sa microwave, komunikasyon ng satellite, komunikasyong optical, mga aparatong optoelectronic, at pag-navigate sa satellite. Gayunpaman, ang mga aplikasyon ng mga compound semiconductor na materyales ay nalilimitahan ng mga isyu tulad ng mga bihirang reserba, mataas na gastos sa materyal, likas na toxicity, malalim na antas ng mga depekto at kahirapan sa paggawa ng malalaking laki ng mga wafer.

Sa ika-21 siglo, ang mga materyal na semiconductor ng ikatlong henerasyon ay tulad ngsilikon karbid(SiC), gallium nitride (GaN), at zinc oxide (ZnO) ay nabuo. Kilala bilang wide-bandgap na mga semiconductor na materyales, ang mga third-generation na semiconductor na materyales ay nagpapakita ng mahuhusay na katangian tulad ng mataas na breakdown voltage, mataas na electron saturation velocity, pambihirang thermal conductivity, at napakahusay na radiation resistance. Ang mga materyales na ito ay angkop para sa paggawa ng mga semiconductor device na gumagana sa mataas na temperatura, mataas na boltahe, mataas na dalas, mataas na radyasyon at mataas na kapangyarihan na mga aplikasyon.

Sa ngayon, ang ika-apat na henerasyong materyales ng semiconductor ay kinakatawan nggallium oxide(Ga₂O₃), brilyante (C) at aluminum nitride (AlN). Ang mga materyales na ito ay tinatawag na ultra-wide bandgap semiconductor na materyales, na may mas mataas na breakdown field strength kaysa sa third-generation semiconductors. Maaari silang makatiis ng mas matataas na boltahe at antas ng kapangyarihan, na angkop para sa paggawa ng mga high-power na electronic device at high-performance na radio frequency electronic device. Gayunpaman, ang pagmamanupaktura at supply chain ng mga pang-apat na henerasyong materyal na semiconductor na ito ay hindi pa mature, na naglalagay ng mga makabuluhang hamon sa produksyon at paghahanda.