淺談半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀

涂頌昊

【摘 要】社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使得半導(dǎo)體材料得到新的發(fā)展空間，半導(dǎo)體材料經(jīng)歷了從第一代到第二代的轉(zhuǎn)變，如今又在新的時(shí)代背景下借助科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步向著第三代半導(dǎo)體材料的方向前進(jìn)。半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)了高密的大規(guī)模集成電路的使用，因此半導(dǎo)體材料，確切的說應(yīng)該是第三代半導(dǎo)體材料是在新的信息化時(shí)代背景下實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生活的關(guān)鍵推動力。

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體材料；發(fā)展；現(xiàn)狀

半導(dǎo)體材料這一概念第一次被提出是在二十世紀(jì)，被維斯和他的伙伴考尼白格首次提及并使用，半導(dǎo)體材料從那時(shí)起便不斷的進(jìn)步發(fā)展，伴隨著現(xiàn)代化的生活方式對一些數(shù)字產(chǎn)品的應(yīng)用需求，社會對半導(dǎo)體材料推出了更高的要求，這使得半導(dǎo)體材料得到了飛躍性的發(fā)展【1】。本篇論文就半導(dǎo)體材料的概念性理解，半導(dǎo)體材料的歷史性發(fā)展，新一代半導(dǎo)體材料的舉例以及發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀等方面展開了基本論述，談?wù)撐覈诎雽?dǎo)體材料這一領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展的實(shí)際情形。

1.對半導(dǎo)體材料的概念性理解

對半導(dǎo)體材料的理解不能脫離當(dāng)今二十一世紀(jì)這個(gè)有著高需求和高速度特點(diǎn)的時(shí)代，這個(gè)時(shí)代同時(shí)也是崇尚環(huán)保觀念，倡導(dǎo)能源節(jié)約的時(shí)代，因此新的信息時(shí)代下半導(dǎo)體的發(fā)展要脫離以往傳統(tǒng)的發(fā)展模式，向新的目標(biāo)邁進(jìn)。

首先，我們要了解什么是半導(dǎo)體材料，這將為接下來的論述打下概念性的基礎(chǔ)。眾所周知，氣體，液體，固體等狀態(tài)都可稱之為物質(zhì)的存在狀態(tài)，還有一些絕緣體，絕緣體是指導(dǎo)熱性或者導(dǎo)電性較差的物質(zhì)，比如陶瓷和琥珀，通常把鐵，銀，金，銅等導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較好的一類物質(zhì)成為導(dǎo)體，所以顧名思義，半導(dǎo)體既不屬于絕緣體，也不屬于導(dǎo)體，它是介于導(dǎo)體和絕緣體性質(zhì)之間的一種物質(zhì)【2】。半導(dǎo)體沒有導(dǎo)體和絕緣體發(fā)現(xiàn)的時(shí)間早，大約在二十世紀(jì)三十年代左右才被發(fā)現(xiàn)，這也是由于技術(shù)原因，因?yàn)殍b定物質(zhì)的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的技術(shù)到了一定的時(shí)期才得到發(fā)展，而且對半導(dǎo)體材料的鑒定需要利用到提純技術(shù)，因此，當(dāng)對物質(zhì)材料的提純技術(shù)得到升級到一定水平之后，半導(dǎo)體的存在才真正意義上在學(xué)術(shù)界和社會上被認(rèn)可。

2.半導(dǎo)體材料的歷史發(fā)展及早期應(yīng)用

對半導(dǎo)體材料的現(xiàn)代化研究離不開對這一材料領(lǐng)域的歷史性探究，只有知道半導(dǎo)體材料是怎樣，如何從什么樣的情形下發(fā)展至今的，才能對當(dāng)今現(xiàn)代半導(dǎo)體材料形成完整的認(rèn)識體系。對半導(dǎo)體材料的接觸雛形是先認(rèn)識到了半導(dǎo)體材料的四個(gè)特性。論文接下來將會具體介紹，并對半導(dǎo)體材料早期應(yīng)用做出詳細(xì)解釋。

2.1半導(dǎo)體材料發(fā)現(xiàn)之初的特性

半導(dǎo)體材料第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的特性，在一般的情況之下，金屬材料的電阻都是隨著溫度的升高而增加的，但是巴拉迪，這位英國的科學(xué)研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)硫化銀這一物質(zhì)的電阻隨著溫度的升高出現(xiàn)了降低的情況，這就是對半導(dǎo)體材料特性的首次探索，也是第一個(gè)特性。

半導(dǎo)體材料的第二個(gè)特性是由貝克萊爾，一位偉大的法國科學(xué)技術(shù)研究者發(fā)現(xiàn)的，他發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)和半導(dǎo)體接觸之后形成的結(jié)會在施加光照條件之下產(chǎn)生一個(gè)電壓，這是后來人們熟知的光生伏特效應(yīng)的前身，也是半導(dǎo)體材料最初被發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)特性。

半導(dǎo)體材料的第三個(gè)特性是由德國的科學(xué)研究學(xué)者布勞恩發(fā)現(xiàn)的，他發(fā)現(xiàn)一些硫化物的電導(dǎo)和所加電場的方向有著緊密的聯(lián)系，也就是說某些硫化物的導(dǎo)電是有方向性的，如果在兩端同時(shí)施加正向的電壓，就能夠互相導(dǎo)通，如果極性倒置就不能實(shí)現(xiàn)這一過程，這也就是我們現(xiàn)在知道的整流效應(yīng)，也是半導(dǎo)體材料的第三個(gè)特性。

半導(dǎo)體材料的第四個(gè)特性是由英國的史密斯提出的，硒晶體材料在光照環(huán)境下電導(dǎo)會增加，這被稱作光電導(dǎo)效應(yīng)，也是半導(dǎo)體材料在早期被發(fā)現(xiàn)的第四個(gè)特性【3】。

2.2半導(dǎo)體材料在早期的應(yīng)用情況

半導(dǎo)體材料在早期被應(yīng)用在一些檢測性質(zhì)的設(shè)備上，比如由于半導(dǎo)體材料的整流效應(yīng)，半導(dǎo)體材料被應(yīng)用在檢波器領(lǐng)域。除此之外，大家熟知的光伏電池也應(yīng)用了早期的半導(dǎo)體材料，還有一些紅外探測儀器，總之，早期被發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體材料的四個(gè)重要的特性都被應(yīng)用在了社會中的各個(gè)領(lǐng)域，半導(dǎo)體材料得到初步的發(fā)展。

直到晶體管的發(fā)明，使得半導(dǎo)體材料在應(yīng)用領(lǐng)域被提升到一個(gè)新的高度，不再僅僅是應(yīng)用在簡單的檢測性質(zhì)的設(shè)備中或者是電池上，晶體管的發(fā)明引起了電子工業(yè)革命，在當(dāng)今來看，晶體管的發(fā)明并不僅僅只是帶來了這一電子革命，最大的貢獻(xiàn)在于它改變著我們的生活方式，細(xì)數(shù)我們現(xiàn)在使用的各種電器產(chǎn)品，都是有晶體管參與的。因此晶體管的發(fā)明在半導(dǎo)體材料的早期應(yīng)用發(fā)展上有著舉足輕重的位置，同時(shí)也為今后半導(dǎo)體材料的深入發(fā)展做足了準(zhǔn)備，具有里程碑式的意義與貢獻(xiàn)【4】。

3.現(xiàn)代半導(dǎo)體材料的發(fā)展情況

以上論文簡單的介紹了半導(dǎo)體材料以及其早期的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，接下來就要具體探討第三代半導(dǎo)體材料這一新時(shí)代背景下的產(chǎn)物。第三代半導(dǎo)體材料是在第一和第二代半導(dǎo)體材料的發(fā)展基礎(chǔ)之上衍生出的更加適應(yīng)時(shí)代要求和社會需要的微電子技術(shù)產(chǎn)物。本篇論文接下來將介紹我國半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的發(fā)展情況，并介紹一些新型的半導(dǎo)體材料的應(yīng)用與發(fā)展情況。

3.1我國半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的發(fā)展情形

半導(dǎo)體材料的發(fā)展屬于微電子行業(yè)，針對我國的國情和社會現(xiàn)狀，我國微電子行業(yè)的發(fā)展不能急于求成，這將會是一個(gè)很復(fù)雜的過程，也必定是一個(gè)長期性的工程。從現(xiàn)在半導(dǎo)體材料發(fā)展的情況來看，想要使半導(dǎo)體材料更加滿足受眾的需求，關(guān)鍵要在技術(shù)層面上尋求突破。我國大陸目前擁有的有關(guān)半導(dǎo)體材料的技術(shù)，比如IC技術(shù)還只能達(dá)到0.5微米，6英寸的程度，相較于國際上的先進(jìn)水平還有較大的差距。

雖然我國目前在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的發(fā)展水平與國際先進(jìn)水平存在著較大的差距，但是這也同時(shí)意味著我國在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域有著更大的發(fā)展空間和更好的前景，而且當(dāng)今不論是國內(nèi)環(huán)境還是國際環(huán)境，又或者是政治環(huán)境影響下的我國的綜合性發(fā)展方面而言，對中國微電子行業(yè)半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展還是十分有利的，相信我國在半導(dǎo)體材料這一領(lǐng)域一定會在未來有長足的發(fā)展。

3.2新型半導(dǎo)體材料的發(fā)展介紹

前文提到，第三代半導(dǎo)體材料如今已經(jīng)成為半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的主要發(fā)展潮流，論文接下來將會選取幾種關(guān)鍵的三代半導(dǎo)體材料展開論述。

第一種是碳化硅材料。它屬于一種硅基化合物半導(dǎo)體材料，這一類材料的優(yōu)越性體現(xiàn)在其較其他種類半導(dǎo)體材料有著更強(qiáng)的熱導(dǎo)性能。因此被應(yīng)用在廣泛的領(lǐng)域，比如軍工領(lǐng)域，，也會被應(yīng)用在太陽能電池，衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。

第二種是氧化鋅材料。氧化鋅材料被廣泛的應(yīng)用到了傳感器和光學(xué)材料領(lǐng)域中，這是因?yàn)樗邆湟恍╆P(guān)鍵性的特性，集成度高，靈敏度高，響應(yīng)速度快等，這些特征恰恰是傳感等應(yīng)用范圍廣泛的領(lǐng)域中所看中的關(guān)鍵點(diǎn)，不僅如此，氧化鋅半導(dǎo)體材料不僅性能好，而且這類材料的原料豐富，所以價(jià)格低廉，還具有較好的環(huán)保性能【5】。

4.結(jié)語

近年來，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)得到了飛躍式的發(fā)展，被越來越廣泛的應(yīng)用到人們的日常生活中，而支撐這一產(chǎn)業(yè)的核心材料正是以碳化硅等半導(dǎo)體材料為主的某些微電子材料，半導(dǎo)體材料利用下的各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)占領(lǐng)者新的戰(zhàn)略高地。我國半導(dǎo)體材料領(lǐng)域雖然起步晚，發(fā)展水平較國際水平有差距，但是前景光明，尤其是第三代半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)和應(yīng)用，在人們的生活中有著更加廣泛和有建設(shè)性的應(yīng)用，改變著人們的生活方式，不斷推動著半導(dǎo)體材料的發(fā)展。

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