फर्स्ट जनरेशन, सेकंड जनरेशन, थर्ड जनरेशन आणि फोर्थ जनरेशन सेमीकंडक्टर मटेरियल काय आहेत?

सेमीकंडक्टर मटेरियल म्हणजे खोलीच्या तपमानावर कंडक्टर आणि इन्सुलेटर यांच्यातील विद्युत चालकता असलेली सामग्री, जी एकात्मिक सर्किट्स, कम्युनिकेशन्स, एनर्जी आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स सारख्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते. तंत्रज्ञानाच्या विकासासह, अर्धसंवाहक सामग्री पहिल्या पिढीपासून चौथ्या पिढीपर्यंत विकसित झाली आहे.

20 व्या शतकाच्या मध्यात, सेमीकंडक्टर सामग्रीची पहिली पिढी प्रामुख्याने जर्मेनियम (Ge) आणिसिलिकॉन(सी). उल्लेखनीय म्हणजे, जगातील पहिला ट्रान्झिस्टर आणि पहिले इंटिग्रेटेड सर्किट हे दोन्ही जर्मेनियमपासून बनलेले होते. परंतु 1960 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात त्याची जागा हळूहळू सिलिकॉनने घेतली, कारण कमी औष्णिक चालकता, कमी वितळण्याचा बिंदू, खराब उच्च-तापमान प्रतिरोध, अस्थिर पाण्यात विरघळणारी ऑक्साईड रचना आणि आठवडा यांत्रिक शक्ती यासारख्या कमतरतांमुळे. उत्कृष्ट उच्च-तापमान प्रतिकार, उत्कृष्ट किरणोत्सर्ग प्रतिकार, उल्लेखनीय खर्च-प्रभावीता आणि मुबलक साठा यामुळे सिलिकॉनने हळूहळू मुख्य प्रवाहातील सामग्री म्हणून जर्मेनियमची जागा घेतली आणि आजपर्यंत ही स्थिती कायम ठेवली.

1990 च्या दशकात, गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) आणि इंडियम फॉस्फाइड (InP) प्रातिनिधिक सामग्री म्हणून अर्धसंवाहक सामग्रीची दुसरी पिढी उदयास येऊ लागली. दुसरे अर्धसंवाहक साहित्य मोठे बँडगॅप, कमी वाहक एकाग्रता, उत्कृष्ट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म, तसेच उत्कृष्ट थर्मल प्रतिरोध आणि रेडिएशन प्रतिरोध यांसारखे फायदे देतात. या फायद्यांमुळे ते मायक्रोवेव्ह कम्युनिकेशन, सॅटेलाइट कम्युनिकेशन, ऑप्टिकल कम्युनिकेशन, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि सॅटेलाइट नेव्हिगेशनमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. तथापि, कंपाऊंड सेमीकंडक्टर सामग्रीचा वापर दुर्मिळ साठा, उच्च सामग्री खर्च, अंतर्निहित विषारीपणा, खोल-स्तरीय दोष आणि मोठ्या आकाराचे वेफर्स तयार करण्यात अडचण यासारख्या मुद्द्यांमुळे मर्यादित आहेत.

21 व्या शतकात, तिसऱ्या पिढीतील सेमीकंडक्टर साहित्य जसेसिलिकॉन कार्बाइड(SiC), गॅलियम नायट्राइड (GaN), आणि झिंक ऑक्साईड (ZnO) अस्तित्वात आले. वाइड-बँडगॅप सेमीकंडक्टर मटेरियल म्हणून ओळखले जाणारे, थर्ड-जनरेशन सेमीकंडक्टर मटेरियल उच्च ब्रेकडाउन व्होल्टेज, उच्च इलेक्ट्रॉन संपृक्तता वेग, अपवादात्मक थर्मल चालकता आणि उत्कृष्ट रेडिएशन प्रतिरोध यांसारखे उत्कृष्ट गुणधर्म प्रदर्शित करतात. हे साहित्य उच्च-तापमान, उच्च-व्होल्टेज, उच्च-फ्रिक्वेंसी, उच्च-विकिरण आणि उच्च-शक्ती अनुप्रयोगांमध्ये कार्य करणार्या सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या निर्मितीसाठी योग्य आहेत.

आजकाल, चौथ्या पिढीतील अर्धसंवाहक साहित्य द्वारे दर्शविले जातेगॅलियम ऑक्साईड(Ga₂O₃), डायमंड (C) आणि ॲल्युमिनियम नायट्राइड (AlN). या सामग्रीला अल्ट्रा-वाइड बँडगॅप सेमीकंडक्टर मटेरियल म्हणतात, ज्यामध्ये तिसऱ्या पिढीच्या सेमीकंडक्टरपेक्षा जास्त ब्रेकडाउन फील्ड ताकद असते. ते उच्च-पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि उच्च-कार्यक्षमता रेडिओ फ्रिक्वेन्सी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या निर्मितीसाठी योग्य उच्च व्होल्टेज आणि पॉवर पातळीचा सामना करू शकतात. तथापि, या चौथ्या पिढीतील सेमीकंडक्टर सामग्रीचे उत्पादन आणि पुरवठा साखळी परिपक्व नाही, ज्यामुळे उत्पादन आणि तयारीमध्ये महत्त्वपूर्ण आव्हाने निर्माण होतात.