మొదటి తరం, రెండవ తరం, మూడవ తరం మరియు నాల్గవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు ఏమిటి?

సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్ అంటే గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద కండక్టర్లు మరియు ఇన్సులేటర్ల మధ్య విద్యుత్ వాహకత కలిగిన పదార్థాలు, ఇవి ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లు, కమ్యూనికేషన్‌లు, ఎనర్జీ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ వంటి రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి. సాంకేతికత అభివృద్ధితో, సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు మొదటి తరం నుండి నాల్గవ తరం వరకు అభివృద్ధి చెందాయి.

20వ శతాబ్దం మధ్యలో, మొదటి తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు ప్రధానంగా జెర్మేనియం (Ge) మరియుసిలికాన్(Si). ముఖ్యంగా, ప్రపంచంలోని మొదటి ట్రాన్సిస్టర్ మరియు మొదటి ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ రెండూ జెర్మేనియంతో తయారు చేయబడ్డాయి. కానీ తక్కువ ఉష్ణ వాహకత, తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం, పేలవమైన అధిక-ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత, అస్థిర నీటిలో కరిగే ఆక్సైడ్ నిర్మాణం మరియు వారం యాంత్రిక బలం వంటి దాని లోపాల కారణంగా 1960ల చివరలో ఇది క్రమంగా సిలికాన్‌తో భర్తీ చేయబడింది. దాని ఉన్నతమైన అధిక-ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత, అద్భుతమైన రేడియేషన్ నిరోధకత, విశేషమైన ఖర్చు-ప్రభావం మరియు సమృద్ధిగా ఉన్న నిల్వలకు ధన్యవాదాలు, సిలికాన్ క్రమంగా జెర్మేనియంను ప్రధాన స్రవంతి పదార్థంగా భర్తీ చేసింది మరియు ఈ రోజు వరకు ఈ స్థానాన్ని కొనసాగించింది.

1990వ దశకంలో, రెండవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు ఉద్భవించడం ప్రారంభించాయి, గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) మరియు ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) ప్రాతినిధ్య పదార్థాలుగా ఉన్నాయి. రెండవ సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు పెద్ద బ్యాండ్‌గ్యాప్, తక్కువ క్యారియర్ ఏకాగ్రత, ఉన్నతమైన ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలు, అలాగే అద్భుతమైన థర్మల్ రెసిస్టెన్స్ మరియు రేడియేషన్ రెసిస్టెన్స్ వంటి ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి. ఈ ప్రయోజనాలు వాటిని మైక్రోవేవ్ కమ్యూనికేషన్, శాటిలైట్ కమ్యూనికేషన్, ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు మరియు శాటిలైట్ నావిగేషన్‌లో విస్తృతంగా ఉపయోగించేలా చేస్తాయి. అయినప్పటికీ, సమ్మేళనం సెమీకండక్టర్ పదార్థాల అప్లికేషన్లు అరుదైన నిల్వలు, అధిక పదార్థ ఖర్చులు, స్వాభావిక విషపూరితం, లోతైన-స్థాయి లోపాలు మరియు పెద్ద-పరిమాణ పొరలను తయారు చేయడంలో ఇబ్బంది వంటి సమస్యల ద్వారా పరిమితం చేయబడ్డాయి.

21వ శతాబ్దంలో, మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు వంటివిసిలికాన్ కార్బైడ్(SiC), గాలియం నైట్రైడ్ (GaN), మరియు జింక్ ఆక్సైడ్ (ZnO) ఉనికిలోకి వచ్చాయి. వైడ్-బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్ అని పిలుస్తారు, మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్, అధిక ఎలక్ట్రాన్ సంతృప్త వేగం, అసాధారణమైన ఉష్ణ వాహకత మరియు అద్భుతమైన రేడియేషన్ నిరోధకత వంటి అద్భుతమైన లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి. అధిక-ఉష్ణోగ్రత, అధిక-వోల్టేజ్, అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ, అధిక-రేడియేషన్ మరియు అధిక-శక్తి అనువర్తనాల్లో పనిచేసే సెమీకండక్టర్ పరికరాల తయారీకి ఈ పదార్థాలు అనుకూలంగా ఉంటాయి.

ఈ రోజుల్లో, నాల్గవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు ప్రాతినిధ్యం వహిస్తున్నాయిగాలియం ఆక్సైడ్(Ga₂O₃), డైమండ్ (C) మరియు అల్యూమినియం నైట్రైడ్ (AlN). ఈ పదార్ధాలను అల్ట్రా-వైడ్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్ అని పిలుస్తారు, మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ల కంటే ఎక్కువ బ్రేక్‌డౌన్ ఫీల్డ్ స్ట్రెంత్‌ను కలిగి ఉంటుంది. అవి అధిక వోల్టేజీలు మరియు శక్తి స్థాయిలను తట్టుకోగలవు, అధిక-పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు మరియు అధిక-పనితీరు గల రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల తయారీకి అనుకూలం. అయినప్పటికీ, ఈ నాల్గవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాల తయారీ మరియు సరఫరా గొలుసు పరిపక్వం చెందలేదు, ఉత్పత్తి మరియు తయారీలో గణనీయమైన సవాళ్లను కలిగిస్తుంది.