Birinci Nesil, İkinci Nesil, Üçüncü Nesil ve Dördüncü Nesil yarı iletken malzemeler nelerdir?

Yarıiletken malzemeler, entegre devreler, iletişim, enerji ve optoelektronik gibi alanlarda yaygın olarak kullanılan, oda sıcaklığında iletkenler ve yalıtkanlar arasında elektrik iletkenliğine sahip olan malzemelerdir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte yarı iletken malzemeler birinci nesilden dördüncü nesile kadar evrim geçirmiştir.

20. yüzyılın ortalarında, ilk nesil yarı iletken malzemeler çoğunlukla germanyum (Ge) vesilikon(Si). Özellikle dünyadaki ilk transistörün ve ilk entegre devrenin her ikisinin de germanyumdan yapılmış olması dikkat çekicidir. Ancak düşük ısı iletkenliği, düşük erime noktası, zayıf yüksek sıcaklık direnci, kararsız suda çözünür oksit yapısı ve haftalık mekanik mukavemet gibi dezavantajları nedeniyle 1960'ların sonlarında yavaş yavaş yerini silikon aldı. Üstün yüksek sıcaklık direnci, mükemmel radyasyon direnci, dikkate değer maliyet etkinliği ve bol rezervleri sayesinde silikon, ana malzeme olarak yavaş yavaş germanyumun yerini aldı ve bugüne kadar bu konumunu korudu.

1990'larda galyum arsenit (GaAs) ve indiyum fosfitin (InP) temsili malzemeler olduğu ikinci nesil yarı iletken malzemeler ortaya çıkmaya başladı. İkinci yarı iletken malzemeler, geniş bant aralığı, düşük taşıyıcı konsantrasyonu, üstün optoelektronik özelliklerin yanı sıra mükemmel termal direnç ve radyasyon direnci gibi avantajlar sunar. Bu avantajlar onları mikrodalga iletişiminde, uydu iletişiminde, optik iletişimde, optoelektronik cihazlarda ve uydu navigasyonunda yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Bununla birlikte, bileşik yarı iletken malzemelerin uygulamaları, nadir bulunan rezervler, yüksek malzeme maliyetleri, doğal toksisite, derin düzeydeki kusurlar ve büyük boyutlu levhaların imalatındaki zorluklar gibi sorunlar nedeniyle sınırlıdır.

21. yüzyılda üçüncü nesil yarı iletken malzemelersilisyum karbür(SiC), galyum nitrür (GaN) ve çinko oksit (ZnO) ortaya çıktı. Geniş bant aralıklı yarı iletken malzemeler olarak bilinen üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, yüksek arıza voltajı, yüksek elektron doyma hızı, olağanüstü termal iletkenlik ve üstün radyasyon direnci gibi mükemmel özellikler sergiler. Bu malzemeler yüksek sıcaklık, yüksek voltaj, yüksek frekans, yüksek radyasyon ve yüksek güç uygulamalarında çalışan yarı iletken cihazların imalatına uygundur.

Günümüzde dördüncü nesil yarı iletken malzemeler şu şekilde temsil edilmektedir:galyum oksit(Ga₂O₃), elmas (C) ve alüminyum nitrür (AlN). Bu malzemelere ultra geniş bant aralıklı yarı iletken malzemeler adı verilir ve üçüncü nesil yarı iletkenlere göre daha yüksek bir kırılma alanı kuvvetine sahiptir. Yüksek güçlü elektronik cihazların ve yüksek performanslı radyo frekanslı elektronik cihazların imalatına uygun, daha yüksek voltajlara ve güç seviyelerine dayanabilirler. Ancak bu dördüncü nesil yarı iletken malzemelerin üretim ve tedarik zinciri henüz olgunlaşmamış olup, üretim ve hazırlık aşamasında önemli zorluklara yol açmaktadır.