GaN సింగిల్ క్రిస్టల్

సెమీకండక్టర్ టెక్నాలజీ ఆధునిక నాగరికతకు వెన్నెముకగా ఉంది, మనం జీవించే, పని చేసే మరియు ప్రపంచంతో పరస్పర చర్య చేసే విధానాన్ని ప్రాథమికంగా మారుస్తుంది. ఇది ఇన్ఫర్మేషన్ టెక్నాలజీ, ఎనర్జీ, టెలికమ్యూనికేషన్స్ మరియు హెల్త్‌కేర్‌తో సహా వివిధ రంగాలలో అపూర్వమైన పురోగతిని సాధించింది. మన స్మార్ట్‌ఫోన్‌లు మరియు కంప్యూటర్‌లకు శక్తినిచ్చే మైక్రోప్రాసెసర్‌ల నుండి, వైద్య పరికరాలలోని సెన్సార్‌ల వరకు మరియు పునరుత్పాదక ఇంధన వ్యవస్థలలోని పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ వరకు, సెమీకండక్టర్‌లు గత శతాబ్దంలో దాదాపు ప్రతి సాంకేతిక ఆవిష్కరణలలో ప్రధానమైనవి.

సెమీకండక్టర్ల మొదటి తరం: జెర్మేనియం మరియు సిలికాన్

సెమీకండక్టర్ టెక్నాలజీ చరిత్ర మొదటి తరం సెమీకండక్టర్లతో ప్రారంభమైంది, ప్రధానంగా జెర్మేనియం (Ge) మరియు సిలికాన్ (Si). ఈ పదార్థాలు ఎలిమెంటల్ సెమీకండక్టర్స్, అంటే అవి ఒకే మూలకంతో కూడి ఉంటాయి. సిలికాన్, ముఖ్యంగా, దాని సమృద్ధి, ఖర్చు-ప్రభావం మరియు అద్భుతమైన ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాల కారణంగా అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే సెమీకండక్టర్ పదార్థం. సిలికాన్ ఆధారిత సాంకేతికత దశాబ్దాలుగా పరిపక్వం చెందింది, ఇది ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్స్‌కు పునాదిగా ఉండే ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌ల (ICలు) అభివృద్ధికి దారితీసింది. స్థిరమైన మరియు అధిక-నాణ్యత ఆక్సైడ్ పొరను (సిలికాన్ డయాక్సైడ్) రూపొందించే సిలికాన్ సామర్థ్యం మెటల్-ఆక్సైడ్-సెమీకండక్టర్ (MOS) పరికరాల విజయానికి కీలకమైన అంశం, ఇవి చాలా డిజిటల్ ఎలక్ట్రానిక్స్‌కు బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లు.

సెమీకండక్టర్స్ యొక్క రెండవ తరం: గాలియం ఆర్సెనైడ్ మరియు ఇండియం ఫాస్ఫైడ్

సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందడంతో, సిలికాన్ యొక్క పరిమితులు స్పష్టంగా కనిపించాయి, ముఖ్యంగా అధిక-వేగం మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ అప్లికేషన్లలో. ఇది రెండవ తరం సెమీకండక్టర్ల అభివృద్ధికి దారితీసింది, ఇందులో గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) మరియు ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) వంటి సమ్మేళన సెమీకండక్టర్లు ఉన్నాయి. ఈ పదార్థాలు వాటి అత్యుత్తమ ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ మరియు డైరెక్ట్ బ్యాండ్‌గ్యాప్‌కు ప్రసిద్ధి చెందాయి, ఇవి కాంతి-ఉద్గార డయోడ్‌లు (LEDలు), లేజర్ డయోడ్‌లు మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ ట్రాన్సిస్టర్‌లు వంటి ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు అనువైనవిగా ఉంటాయి. GaAs, ఉదాహరణకు, మైక్రోవేవ్ మరియు మిల్లీమీటర్-వేవ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లలో, అలాగే ఉపగ్రహ మరియు రాడార్ సాంకేతికతలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. వాటి ప్రయోజనాలు ఉన్నప్పటికీ, అధిక ఖర్చులు మరియు తయారీలో సవాళ్ల కారణంగా GaAs మరియు InPలను విస్తృతంగా స్వీకరించడం పరిమితం చేయబడింది.

మూడవ తరం సెమీకండక్టర్స్:సిలికాన్ కార్బైడ్మరియుగాలియం నైట్రైడ్

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, మూడవ తరం సెమీకండక్టర్లపై దృష్టి కేంద్రీకరించబడింది, ఇందులో పదార్థాలు ఉన్నాయిసిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC)మరియుగాలియం నైట్రైడ్ (GaN). ఈ పదార్థాలు విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్‌ను కలిగి ఉంటాయి, అంటే అవి వాటి పూర్వీకుల కంటే అధిక వోల్టేజీలు, ఉష్ణోగ్రతలు మరియు పౌనఃపున్యాల వద్ద పనిచేయగలవు.GaN, ప్రత్యేకించి, 3.4 eV విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్, అధిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ, అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ మరియు అద్భుతమైన ఉష్ణ వాహకతతో సహా దాని అసాధారణమైన లక్షణాల కోసం గణనీయమైన దృష్టిని ఆకర్షించింది. ఈ లక్షణాలు చేస్తాయిGaNఫాస్ట్ ఛార్జర్‌లు, పవర్ ట్రాన్సిస్టర్‌లు మరియు రేడియో-ఫ్రీక్వెన్సీ (RF) మైక్రోవేవ్ పరికరాల వంటి అధిక-పవర్ మరియు హై-ఫ్రీక్వెన్సీ అప్లికేషన్‌లకు అనువైన అభ్యర్థి.

క్రిస్టల్ స్ట్రక్చర్ మరియు బాండింగ్ ఇన్GaN

GaNసమ్మేళనం సెమీకండక్టర్స్ యొక్క III-V సమూహానికి చెందినది, ఇవి ఆవర్తన పట్టికలోని గ్రూప్ III (ఉదా. గాలియం) మరియు గ్రూప్ V (ఉదా. నత్రజని) నుండి మూలకాలతో కూడి ఉంటాయి. యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణంGaNరెండు ప్రాథమిక రూపాల్లో ఉండవచ్చు: షట్కోణ వర్ట్‌జైట్ మరియు క్యూబిక్ స్ఫాలరైట్. ఏర్పడే క్రిస్టల్ నిర్మాణం రకం అణువుల మధ్య రసాయన బంధాల స్వభావం ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది. సెమీకండక్టర్ సమ్మేళనాలలో, బంధం సమయోజనీయ మరియు అయానిక్ బంధాల మిశ్రమంగా ఉంటుంది. బంధం ఎంత అయానిక్‌గా ఉంటే, పదార్థం వర్ట్‌జైట్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. విషయంలోGaN, గాలియం (Ga) మరియు నైట్రోజన్ (N) మధ్య ఎలెక్ట్రోనెగటివిటీలో పెద్ద వ్యత్యాసం బంధంలో గణనీయమైన అయానిక్ పాత్రకు దారి తీస్తుంది. ఫలితంగా,GaNసాధారణంగా వర్ట్‌జైట్ నిర్మాణంలో స్ఫటికీకరిస్తుంది, ఇది అధిక ఉష్ణ స్థిరత్వం మరియు రసాయన తుప్పుకు నిరోధకతకు ప్రసిద్ధి చెందింది.

యొక్క ప్రయోజనాలుGaNపైగా మునుపటి సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్

మొదటి మరియు రెండవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలతో పోలిస్తే,GaNఅత్యాధునిక అనువర్తనాలకు ఇది ప్రత్యేకంగా ఆకర్షణీయంగా ఉండేలా అనేక ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది. అత్యంత ముఖ్యమైన ప్రయోజనాల్లో ఒకటి దాని విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్, GaN-ఆధారిత పరికరాలు విచ్ఛిన్నం కాకుండా అధిక వోల్టేజీలు మరియు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేయడానికి అనుమతిస్తుంది. ఇది GaNని పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం ఒక అద్భుతమైన మెటీరియల్‌గా చేస్తుంది, ఇక్కడ సామర్థ్యం మరియు ఉష్ణ నిర్వహణ కీలకమైనవి. అదనంగా, GaN తక్కువ విద్యుద్వాహక స్థిరాంకాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది కెపాసిటెన్స్‌ని తగ్గించడానికి మరియు ట్రాన్సిస్టర్‌లలో వేగంగా మారే వేగాన్ని ప్రారంభించడంలో సహాయపడుతుంది.

GaNఅధిక క్లిష్టమైన ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ స్ట్రెంగ్త్‌ను కూడా కలిగి ఉంది, ఇది పరికరాలను విచ్ఛిన్నం కాకుండా పెద్ద విద్యుత్ క్షేత్రాలను నిర్వహించడానికి అనుమతిస్తుంది. అధిక వోల్టేజీలు మరియు కరెంట్‌లను నిర్వహించగల సామర్థ్యం అవసరమయ్యే హై-పవర్ అప్లికేషన్‌లలో ఇది చాలా ముఖ్యమైనది. ఇంకా, GaN యొక్క అధిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ RF మరియు మైక్రోవేవ్ పరికరాల వంటి అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ అప్లికేషన్‌లకు దాని అనుకూలతకు దోహదం చేస్తుంది. ఈ లక్షణాల కలయిక-అధిక ఉష్ణ వాహకత, అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత మరియు రేడియేషన్ కాఠిన్యం-GaN ఒక బహుముఖ పదార్థంగా చేస్తుంది, ఇది తదుపరి తరం ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో కీలక పాత్ర పోషించడానికి సిద్ధంగా ఉంది.

GaNఆధునిక అనువర్తనాలు మరియు భవిష్యత్తు అవకాశాలలో

యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలుGaNఇప్పటికే అనేక పరిశ్రమలను విప్లవాత్మకంగా మార్చడం ప్రారంభించింది. కన్స్యూమర్ ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో, సాంప్రదాయ సిలికాన్-ఆధారిత ఛార్జర్‌లతో పోలిస్తే GaN-ఆధారిత ఫాస్ట్ ఛార్జర్‌లు వాటి సామర్థ్యం మరియు కాంపాక్ట్ పరిమాణం కారణంగా బాగా ప్రాచుర్యం పొందుతున్నాయి. టెలికమ్యూనికేషన్స్ రంగంలో, 5G నెట్‌వర్క్‌లు మరియు అంతకు మించి అవసరమైన అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ ట్రాన్సిస్టర్‌లను అభివృద్ధి చేయడానికి GaN ఉపయోగించబడుతోంది. ఏరోస్పేస్ మరియు డిఫెన్స్ రంగాలు కూడా అధిక-పవర్ రాడార్ మరియు కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లలో ఉపయోగించడానికి GaN యొక్క సామర్థ్యాన్ని అన్వేషిస్తున్నాయి, ఇక్కడ తీవ్రమైన పరిస్థితుల్లో పనిచేసే దాని సామర్థ్యం అమూల్యమైనది.