पहिलो पुस्ता, दोस्रो पुस्ता, तेस्रो पुस्ता, र चौथो पुस्ताको अर्धचालक सामग्रीहरू के हुन्?

सेमीकन्डक्टर सामग्रीहरू कोठाको तापक्रममा कन्डक्टरहरू र इन्सुलेटरहरू बीचको विद्युतीय चालकता भएका सामग्रीहरू हुन्, जुन एकीकृत सर्किट, सञ्चार, ऊर्जा र ओप्टोइलेक्ट्रोनिक्स जस्ता क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। प्रविधिको विकाससँगै, अर्धचालक सामग्रीहरू पहिलो पुस्ताबाट चौथो पुस्तामा विकसित भएका छन्।

20 औं शताब्दीको मध्यमा, अर्धचालक सामग्रीको पहिलो पुस्ता मुख्यतया जर्मेनियम (Ge) रसिलिकन(Si)। उल्लेखनीय छ, संसारको पहिलो ट्रान्जिस्टर र पहिलो एकीकृत सर्किट दुवै जर्मेनियमबाट बनेको थियो। तर कम थर्मल चालकता, कम पिघलने बिन्दु, कमजोर उच्च-तापमान प्रतिरोध, अस्थिर पानी-घुलनशील अक्साइड संरचना, र हप्ताको यान्त्रिक शक्ति जस्ता कमजोरीहरूको कारणले यसलाई बिस्तारै 1960 को दशकको अन्तमा सिलिकनले प्रतिस्थापन गर्यो। यसको उत्कृष्ट उच्च-तापमान प्रतिरोध, उत्कृष्ट विकिरण प्रतिरोध, उल्लेखनीय लागत-प्रभावकारिता, र प्रचुर मात्रामा भण्डारहरूको लागि धन्यवाद, सिलिकनले बिस्तारै मुख्यधारा सामग्रीको रूपमा जर्मेनियमलाई प्रतिस्थापन गर्यो र आजसम्म यो स्थिति कायम राख्यो।

1990 मा, ग्यालियम आर्सेनाइड (GaAs) र इन्डियम फस्फाइड (InP) प्रतिनिधि सामग्रीको रूपमा अर्धचालक सामग्रीको दोस्रो पुस्ताको उदय हुन थाल्यो। दोस्रो अर्धचालक सामग्रीले ठूलो ब्यान्डग्याप, कम वाहक एकाग्रता, उत्कृष्ट ओप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणहरू, साथै उत्कृष्ट थर्मल प्रतिरोध र विकिरण प्रतिरोध जस्ता फाइदाहरू प्रदान गर्दछ। यी फाइदाहरूले तिनीहरूलाई माइक्रोवेभ संचार, उपग्रह संचार, अप्टिकल संचार, अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू, र उपग्रह नेभिगेसनमा व्यापक रूपमा प्रयोग गर्दछ। यद्यपि, यौगिक अर्धचालक सामग्रीहरूको अनुप्रयोगहरू दुर्लभ भण्डारहरू, उच्च सामग्री लागत, अन्तर्निहित विषाक्तता, गहिरो-स्तर दोषहरू र ठूला आकारको वेफरहरू बनाउन कठिनाइ जस्ता मुद्दाहरूद्वारा सीमित छन्।

21 औं शताब्दीमा, तेस्रो पुस्ताको अर्धचालक सामग्री जस्तैसिलिकन कार्बाइड(SiC), ग्यालियम नाइट्राइड (GaN), र जिंक अक्साइड (ZnO) अस्तित्वमा आए। चौडा-ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर सामग्रीको रूपमा परिचित, तेस्रो-पुस्ताको अर्धचालक सामग्रीहरूले उत्कृष्ट गुणहरू प्रदर्शन गर्दछ जस्तै उच्च ब्रेकडाउन भोल्टेज, उच्च इलेक्ट्रोन संतृप्ति वेग, असाधारण थर्मल चालकता, र उत्कृष्ट विकिरण प्रतिरोध। यी सामग्रीहरू उच्च-तापमान, उच्च-भोल्टेज, उच्च-फ्रिक्वेन्सी, उच्च-विकिरण र उच्च-शक्ति अनुप्रयोगहरूमा कार्य गर्ने अर्धचालक उपकरणहरूको निर्माणको लागि उपयुक्त छन्।

आजकल, चौथो पुस्ता अर्धचालक सामग्री द्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छग्यालियम अक्साइड(Ga₂O₃), हीरा (C) र एल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN)। यी सामग्रीहरूलाई अल्ट्रा-वाइड ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर सामग्री भनिन्छ, तेस्रो-पुस्ताको अर्धचालकहरू भन्दा उच्च ब्रेकडाउन फिल्ड बल भएको। तिनीहरू उच्च भोल्टेज र पावर स्तरहरू सामना गर्न सक्छन्, उच्च-शक्ति इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू र उच्च-प्रदर्शन रेडियो फ्रिक्वेन्सी इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू निर्माणको लागि उपयुक्त। यद्यपि, यी चौथो पुस्ताको अर्धचालक सामग्रीहरूको निर्माण र आपूर्ति श्रृंखला परिपक्व छैन, उत्पादन र तयारीमा महत्त्वपूर्ण चुनौतीहरू खडा भएको छ।