Apa yang dimaksud dengan material semikonduktor generasi pertama, generasi kedua, generasi ketiga, dan generasi keempat?

Bahan semikonduktor adalah bahan dengan daya hantar listrik antara konduktor dan isolator pada suhu kamar, yang banyak digunakan di berbagai bidang seperti sirkuit terpadu, komunikasi, energi, dan optoelektronik. Dengan berkembangnya teknologi, material semikonduktor mengalami evolusi dari generasi pertama hingga generasi keempat.

Pada pertengahan abad ke-20, bahan semikonduktor generasi pertama sebagian besar terdiri dari germanium (Ge) dansilikon(Si). Khususnya, transistor pertama dan sirkuit terpadu pertama di dunia keduanya terbuat dari germanium. Namun secara bertahap digantikan oleh silikon pada akhir tahun 1960an, karena kelemahannya seperti konduktivitas termal yang rendah, titik leleh yang rendah, ketahanan suhu tinggi yang buruk, struktur oksida yang larut dalam air tidak stabil, dan kekuatan mekanik yang lemah. Berkat ketahanan suhu tinggi yang unggul, ketahanan radiasi yang sangat baik, efektivitas biaya yang luar biasa, dan cadangan yang melimpah, silikon secara bertahap menggantikan germanium sebagai bahan utama dan mempertahankan posisi ini hingga saat ini.

Pada tahun 1990-an, bahan semikonduktor generasi kedua mulai bermunculan, dengan galium arsenida (GaAs) dan indium fosfida (InP) sebagai bahan yang representatif. Bahan semikonduktor kedua menawarkan keunggulan seperti celah pita yang besar, konsentrasi pembawa yang rendah, sifat optoelektronik yang unggul, serta ketahanan termal dan ketahanan radiasi yang sangat baik. Keunggulan ini menjadikannya banyak digunakan dalam komunikasi gelombang mikro, komunikasi satelit, komunikasi optik, perangkat optoelektronik, dan navigasi satelit. Namun, penerapan bahan semikonduktor majemuk dibatasi oleh masalah seperti cadangan yang langka, biaya bahan yang tinggi, toksisitas yang melekat, cacat tingkat dalam, dan kesulitan dalam membuat wafer berukuran besar.

Pada abad ke-21, bahan semikonduktor generasi ketiga sepertisilikon karbida(SiC), galium nitrida (GaN), dan seng oksida (ZnO) muncul. Dikenal sebagai bahan semikonduktor celah pita lebar, bahan semikonduktor generasi ketiga menunjukkan sifat yang sangat baik seperti tegangan tembus yang tinggi, kecepatan saturasi elektron yang tinggi, konduktivitas termal yang luar biasa, dan ketahanan radiasi yang luar biasa. Bahan-bahan ini cocok untuk pembuatan perangkat semikonduktor yang berfungsi dalam aplikasi suhu tinggi, tegangan tinggi, frekuensi tinggi, radiasi tinggi, dan daya tinggi.

Saat ini, bahan semikonduktor generasi keempat diwakili olehgalium oksida(Ga₂O₃), intan (C) dan aluminium nitrida (AlN). Bahan ini disebut bahan semikonduktor celah pita ultra lebar, yang memiliki kekuatan medan tembus lebih tinggi dibandingkan semikonduktor generasi ketiga. Mereka dapat menahan tegangan dan tingkat daya yang lebih tinggi, cocok untuk pembuatan perangkat elektronik berdaya tinggi dan perangkat elektronik frekuensi radio berkinerja tinggi. Namun, manufaktur dan rantai pasokan bahan semikonduktor generasi keempat ini belum matang, sehingga menimbulkan tantangan signifikan dalam produksi dan persiapan.