幾種半導(dǎo)體材料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

摘 要：伴隨著科技技術(shù)的不斷提升，半導(dǎo)體材料也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，目前，在電子通信等領(lǐng)域中，半導(dǎo)體材料的應(yīng)用十分普遍同時(shí)隨著半導(dǎo)體材料的進(jìn)一步發(fā)展，其必將在電子、通訊、納米制造等行業(yè)中得到更為廣泛的應(yīng)用文章重點(diǎn)概述了幾種半導(dǎo)體材料的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢(shì)

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

近年來，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，我國(guó)的電子產(chǎn)品的生產(chǎn)以及出口數(shù)量也相應(yīng)提升半導(dǎo)體材料是電子產(chǎn)品中最為常用的一種材料，其介于導(dǎo)體和非導(dǎo)體之間，電阻率相對(duì)較低，經(jīng)過相應(yīng)的加工處理之后，能夠制作成晶體管、電子管以及集成電路等等，直接決定了通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的發(fā)展可以說，現(xiàn)階段，半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)以及應(yīng)用水平直接衡量了一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力因此探究半導(dǎo)體材料尤為必要。

一、幾種常見的半導(dǎo)體材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）硅基發(fā)光材料的應(yīng)用。Si是最重要且應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料，是微電子工業(yè)和太陽(yáng)能光伏工業(yè)的基礎(chǔ)材料它具有儲(chǔ)量豐富、化學(xué)穩(wěn)定性好、無環(huán)境污染、大單晶、高純度、可摻雜、高傳導(dǎo)率、存在高度匹配的本征氧化物絕緣體等優(yōu)點(diǎn)特別是，擁有高度兼容的高質(zhì)量本征氧化物Si02，使Si區(qū)別于鍺（Ge）和嫁砷（GaAs）等其他半導(dǎo)體材料成為半導(dǎo)體行業(yè)的基礎(chǔ)材料。Si的這些優(yōu)點(diǎn)確保了半導(dǎo)體微電子技術(shù)在過去40年一直遵循摩爾定律的預(yù)言持續(xù)高速發(fā)展。在硅技術(shù)的發(fā)展歷程中，科學(xué)家們攻克了一個(gè)又一個(gè)原本被認(rèn)為不可逾越的關(guān)鍵技術(shù)，例如在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)中引入絕緣襯底上生長(zhǎng)硅單晶（SOI），Site合金和應(yīng)變硅等不同的硅基材料改良。光刻的衍射極限觸發(fā)了深紫外和極紫外光源以及先進(jìn)的亞波長(zhǎng)光刻技術(shù)的研究，維系了摩爾定律。當(dāng)前微電子技術(shù)發(fā)展所面臨的最為關(guān)鍵的障礙是金屬互連的物理極限。把光子學(xué)器件和電子學(xué)器件集成在同一基片上，用光互連代替金屬互連的光電集成技術(shù)被認(rèn)為是突破金屬互連物理極限的一個(gè)有效解決方案，該方案的成功實(shí)現(xiàn)還將催生其他的潛在應(yīng)用。相對(duì)于金屬導(dǎo)線，光數(shù)據(jù)通信提高了數(shù)據(jù)速率并避免了電磁干擾問題，特別地，它具有響應(yīng)速度快、傳輸容量大、存儲(chǔ)密度大、處理速度快、可微型化和集成化等優(yōu)點(diǎn)，因此光電集成技術(shù)可以帶來新的功能和實(shí)現(xiàn)電路板間、同一板上的芯片間，甚至同一芯片的不同核間更快的數(shù)據(jù)通信。硅基光電集成技術(shù)也可以應(yīng)用于包括光交換陣列和光纖的光電組件在內(nèi)的光通信其他領(lǐng)域。相對(duì)于其他半導(dǎo)體材料，硅晶片具有最低生產(chǎn)成本和最高單晶質(zhì)量，是發(fā)展CMOS兼容的硅光子學(xué)工業(yè)的最好理由。一個(gè)基本的光子學(xué)系統(tǒng)包括了一個(gè)激光器、一個(gè)光調(diào)制器、一個(gè)光波導(dǎo)和一個(gè)光探測(cè)器等光子學(xué)器件。微電子技術(shù)中所有的組件都集成在單個(gè)晶片上，使用并行制造技術(shù)同時(shí)制作幾十億個(gè)單元。

（二）砷化鎵單晶材料。砷化鎵單晶材料具有耐高溫、抗輻射能力強(qiáng)的特征，主要應(yīng)用于微型電子和光電材料等領(lǐng)域，在一些運(yùn)行速度較快、頻率較高要求高的電路中應(yīng)用較為廣泛當(dāng)下，砷化鎵單晶材料的生產(chǎn)量每年為二百噸左右近幾年來，隨著人們對(duì)通信技術(shù)的要求不斷增加，砷化鎵單晶材料的產(chǎn)量也不斷提升，在未來的幾十年里砷化鎵的需求會(huì)不斷增加我國(guó)對(duì)砷化鎵單晶材料的研究時(shí)間較晚，隨著北京圣科佳電子有限公司等一系列半導(dǎo)體開發(fā)研制公司的成立，我國(guó)半導(dǎo)體材料的開發(fā)步入了一個(gè)新的臺(tái)階，取得了不菲的成績(jī)。

（三）半導(dǎo)體納米材料。納米半導(dǎo)體材料在納米尺度上原子和分子的集合體，其晶體粒度小于10nm。納米材料一般在充滿電子的價(jià)帶頂和未充滿或半充滿的導(dǎo)帶底之間存在帶隙，這樣的帶隙使價(jià)帶電子態(tài)與導(dǎo)帶電子態(tài)之間的相互作用減弱。隨著新材料技術(shù)的進(jìn)步，納米材料的重要性日益凸顯。納米半導(dǎo)體材料為傳感器注入了新的力量。它的特殊性質(zhì)（如比表面積大、活性好、獨(dú)特的物性等）使得它對(duì)溫度、光、濕氣等環(huán)境因素非常敏感。當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，納米材料表面或界面電子傳遞也會(huì)發(fā)生改變，電子變化會(huì)影響電阻值，我們可根據(jù)這一特點(diǎn)制備新型的傳感器。

二、我國(guó)半導(dǎo)體材料未來發(fā)展的相關(guān)建議

（一）加大對(duì)硅材料的開發(fā)力度。硅材料是主要的半導(dǎo)體材料，至少在未來的幾十年內(nèi)對(duì)電子產(chǎn)品的開發(fā)具有主導(dǎo)作用，但是，現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)一些硅晶體的提煉技術(shù)掌握的不夠，大部分還需要從外進(jìn)口。目前我國(guó)只能少量的將硅晶體可拉制8英寸，但是相比于一些發(fā)達(dá)的國(guó)家而言還存在極大的差距，更不必說進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。由此，國(guó)家相關(guān)部門要加大對(duì)硅晶體研制研究人員的培養(yǎng)力度，努力縮小我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。此外，對(duì)硅晶體提煉基地可以配備先進(jìn)的提取設(shè)備和專業(yè)人員，以便更好的發(fā)展我國(guó)電子領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)，提高我國(guó)的綜合國(guó)力。

（二）砷化鎵有關(guān)化合物半導(dǎo)體晶體發(fā)展建議。砷化鎵以及其相關(guān)的化合物的晶體提煉方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有著不小的差距，由于我國(guó)對(duì)晶體加工和提取的設(shè)備過于落后以及缺少專業(yè)的技術(shù)人員，進(jìn)而導(dǎo)致我國(guó)砷化鎵以及相關(guān)化合物半導(dǎo)體的生產(chǎn)能力相對(duì)落后。這就需要國(guó)家政府對(duì)晶體提取企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，各個(gè)企業(yè)之間相互交流相互合作，取長(zhǎng)補(bǔ)短，最終達(dá)到世界的先進(jìn)水平行列。

（三）重視納米材料的研究和應(yīng)用。由于科學(xué)家對(duì)納米半導(dǎo)體的不斷研究，許多以前解釋不清的問題，現(xiàn)在可以更準(zhǔn)確的被描述。新的理論將被引入來描述納米材料電子的行為，這將介觀物理、量子物理和混純物理推向新的高度。隨著對(duì)納米材料研究的日趨深入，其在物理、化學(xué)、化工等領(lǐng)域的作用我們都有目共睹，在航天、生物醫(yī)學(xué)、能源等領(lǐng)域也是大顯身手。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞笑竹.新型半導(dǎo)體材料的制備及性能研究[D].上海交通大學(xué)博士論文，2012.

[2] 王琳.針對(duì)太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的闡述[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（22）.

作者簡(jiǎn)介：管世同，天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司。