Apakah bahan semikonduktor generasi Pertama, Generasi Kedua, Generasi Ketiga dan Keempat?

Bahan semikonduktor ialah bahan dengan kekonduksian elektrik antara konduktor dan penebat pada suhu bilik, yang digunakan secara meluas dalam bidang seperti litar bersepadu, komunikasi, tenaga dan optoelektronik. Dengan perkembangan teknologi, bahan semikonduktor telah berkembang dari generasi pertama kepada generasi keempat.

Pada pertengahan abad ke-20, bahan semikonduktor generasi pertama kebanyakannya terdiri daripada germanium (Ge) dansilikon(Si). Terutamanya, transistor pertama dan litar bersepadu pertama di dunia kedua-duanya diperbuat daripada germanium. Tetapi ia secara beransur-ansur digantikan oleh silikon pada akhir 1960-an, kerana kelemahannya seperti kekonduksian terma yang rendah, takat lebur yang rendah, rintangan suhu tinggi yang lemah, struktur oksida larut air yang tidak stabil, dan kekuatan mekanikal mingguan. Terima kasih kepada rintangan suhu tinggi yang unggul, rintangan sinaran yang sangat baik, keberkesanan kos yang luar biasa, dan rizab yang banyak, silikon secara beransur-ansur menggantikan germanium sebagai bahan arus perdana dan mengekalkan kedudukan ini sehingga kini.

Pada tahun 1990-an, generasi kedua bahan semikonduktor mula muncul, dengan gallium arsenide (GaAs) dan indium phosphide (InP) sebagai bahan perwakilan. Bahan semikonduktor kedua menawarkan kelebihan seperti jurang jalur yang besar, kepekatan pembawa rendah, sifat optoelektronik yang unggul, serta rintangan haba dan rintangan sinaran yang sangat baik. Kelebihan ini menjadikannya digunakan secara meluas dalam komunikasi gelombang mikro, komunikasi satelit, komunikasi optik, peranti optoelektronik dan navigasi satelit. Walau bagaimanapun, penggunaan bahan semikonduktor kompaun dihadkan oleh isu-isu seperti rizab jarang, kos bahan yang tinggi, ketoksikan yang wujud, kecacatan tahap dalam dan kesukaran untuk membuat wafer bersaiz besar.

Pada abad ke-21, bahan semikonduktor generasi ketiga sepertisilikon karbida(SiC), galium nitrida (GaN), dan zink oksida (ZnO) wujud. Dikenali sebagai bahan semikonduktor jurang jalur lebar, bahan semikonduktor generasi ketiga mempamerkan sifat cemerlang seperti voltan pecahan tinggi, halaju tepu elektron tinggi, kekonduksian terma yang luar biasa dan rintangan sinaran yang hebat. Bahan ini sesuai untuk pembuatan peranti semikonduktor yang berfungsi dalam aplikasi suhu tinggi, voltan tinggi, frekuensi tinggi, sinaran tinggi dan berkuasa tinggi.

Pada masa kini, bahan semikonduktor generasi keempat diwakili olehgalium oksida(Ga₂O₃), berlian (C) dan aluminium nitrida (AlN). Bahan ini dipanggil bahan semikonduktor celah jalur ultra lebar, mempunyai kekuatan medan pecahan yang lebih tinggi daripada semikonduktor generasi ketiga. Mereka boleh menahan voltan dan tahap kuasa yang lebih tinggi, sesuai untuk mengeluarkan peranti elektronik berkuasa tinggi dan peranti elektronik frekuensi radio berprestasi tinggi. Walau bagaimanapun, rantaian pembuatan dan bekalan bahan semikonduktor generasi keempat ini tidak matang, menimbulkan cabaran yang ketara dalam pengeluaran dan penyediaan.