पहली पीढ़ी, दूसरी पीढ़ी, तीसरी पीढ़ी और चौथी पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री क्या हैं?

सेमीकंडक्टर सामग्री कमरे के तापमान पर कंडक्टर और इंसुलेटर के बीच विद्युत चालकता वाली सामग्री होती है, जिसका व्यापक रूप से एकीकृत सर्किट, संचार, ऊर्जा और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स जैसे क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, अर्धचालक सामग्री पहली पीढ़ी से चौथी पीढ़ी तक विकसित हुई है।

20वीं सदी के मध्य में, अर्धचालक सामग्रियों की पहली पीढ़ी मुख्य रूप से जर्मेनियम (जीई) और से बनी थीसिलिकॉन(सी). विशेष रूप से, दुनिया में पहला ट्रांजिस्टर और पहला एकीकृत सर्किट दोनों जर्मेनियम से बने थे। लेकिन कम तापीय चालकता, कम गलनांक, खराब उच्च तापमान प्रतिरोध, अस्थिर पानी में घुलनशील ऑक्साइड संरचना और कमजोर यांत्रिक शक्ति जैसी कमियों के कारण 1960 के दशक के अंत में इसे धीरे-धीरे सिलिकॉन द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया। अपने बेहतर उच्च तापमान प्रतिरोध, उत्कृष्ट विकिरण प्रतिरोध, उल्लेखनीय लागत-प्रभावशीलता और प्रचुर भंडार के कारण, सिलिकॉन ने धीरे-धीरे जर्मेनियम को मुख्यधारा की सामग्री के रूप में प्रतिस्थापित कर दिया और आज तक इस स्थिति को बनाए रखा है।

1990 के दशक में, अर्धचालक सामग्रियों की दूसरी पीढ़ी उभरने लगी, जिसमें गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) और इंडियम फॉस्फाइड (InP) प्रतिनिधि सामग्री के रूप में थे। दूसरी अर्धचालक सामग्री बड़े बैंडगैप, कम वाहक एकाग्रता, बेहतर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण, साथ ही उत्कृष्ट थर्मल प्रतिरोध और विकिरण प्रतिरोध जैसे लाभ प्रदान करती है। ये फायदे उन्हें माइक्रोवेव संचार, उपग्रह संचार, ऑप्टिकल संचार, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और उपग्रह नेविगेशन में व्यापक रूप से उपयोग करते हैं। हालाँकि, मिश्रित अर्धचालक सामग्रियों के अनुप्रयोग दुर्लभ भंडार, उच्च सामग्री लागत, अंतर्निहित विषाक्तता, गहरे स्तर के दोष और बड़े आकार के वेफर्स के निर्माण में कठिनाई जैसे मुद्दों से सीमित हैं।

21वीं सदी में, तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थ जैसेसिलिकन कार्बाइड(SiC), गैलियम नाइट्राइड (GaN), और जिंक ऑक्साइड (ZnO) अस्तित्व में आये। वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में जाना जाता है, तीसरी पीढ़ी की सेमीकंडक्टर सामग्री उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज, उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति वेग, असाधारण तापीय चालकता और शानदार विकिरण प्रतिरोध जैसे उत्कृष्ट गुण प्रदर्शित करती है। ये सामग्रियां अर्धचालक उपकरणों के निर्माण के लिए उपयुक्त हैं जो उच्च तापमान, उच्च-वोल्टेज, उच्च-आवृत्ति, उच्च-विकिरण और उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में कार्य करती हैं।

आजकल, चौथी पीढ़ी के अर्धचालक सामग्रियों का प्रतिनिधित्व किया जाता हैगैलियम ऑक्साइड(Ga₂O₃), हीरा (C) और एल्यूमीनियम नाइट्राइड (AlN)। इन सामग्रियों को अल्ट्रा-वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री कहा जाता है, जिनमें तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर की तुलना में अधिक ब्रेकडाउन फ़ील्ड ताकत होती है। वे उच्च वोल्टेज और बिजली के स्तर का सामना कर सकते हैं, जो उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और उच्च-प्रदर्शन रेडियो फ्रीक्वेंसी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए उपयुक्त हैं। हालाँकि, इन चौथी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर सामग्रियों की विनिर्माण और आपूर्ति श्रृंखला परिपक्व नहीं है, जिससे उत्पादन और तैयारी में महत्वपूर्ण चुनौतियाँ पैदा होती हैं।