電子科學技術中的半導體材料發(fā)展趨勢

邢軼斌 康永

摘要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，新興的科技在生活的不同領域都有了重要的應用。半導體材料在電子科技進步過程中起到了基石的作用，是電子科學技術的基礎，決定了電子科學技術的發(fā)展高度。從第一代硅半導體材料到第二代半導體材料到現(xiàn)在的第三代化合物半導體材料，半導體也處于不斷的變化過程中。本文主要研究了電子科學技術中的半導體材料應用，當下發(fā)展狀況以及未來發(fā)展趨勢。

關鍵詞：半導體材料;特征尺寸;摩爾定律

前言

半導體材料是特殊的元素或者化合物，它的性質(zhì)處于導體和非導體之間，因此也就有了特殊的性質(zhì)。利用半導體材料的性質(zhì)可以制作發(fā)光二極管、三極管等重要元件，因此，半導體材料在整個互聯(lián)網(wǎng)甚至工業(yè)發(fā)展過程中有不可或缺的作用。目前，隨著我國計算機技術的跨越式發(fā)展，對半導體材料的需求也在不斷增加，半導體材料逐漸有了很大的生產(chǎn)量。

半導體材料的應用

硅鍺作為第一代半導體材料，對人類的生產(chǎn)和生活有著重要的影響。初代半導體的最主要應用材料就是硅，硅的儲量非常大，應用到現(xiàn)在的半導體上十分的具有性價比。鍺是半導體發(fā)展過程中發(fā)現(xiàn)的第一種元素，在生產(chǎn)半導體元件中依舊使用很廣泛。隨著電子科學技術和計算機技術的發(fā)展，半導體器件也有了廣泛的應用。在初始階段，我國電子科技的研究和發(fā)展主要靠第一代半導體，它們以硅和鍺為材料，因為鍺是活躍的，常常會與用于半導體設備的介電材料發(fā)生氧化還原反應，從而降低材料的氧化性，對半導體設備的性能有一定的影響，同時，它將直接導致半導體的使用達不到預期的結果，存在各種各樣的問題。由于存在各種各樣的問題，半導體設備在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常的可能性會增加，而且鍺的產(chǎn)量也不會像硅那樣高，因此，在我國電子科學技術發(fā)展的初級階段，鍺在半導體材料中的研究和應用少于硅[1]。但在20世紀末，鍺在紅外光學領域得到了廣泛的應用。從那時起，鍺的用途和使用頻率一直在增加。最明顯的例子是在太陽能研究和開發(fā)項目中使用氧化還原鍺材料。

很快，人們就發(fā)現(xiàn)了其他可以生產(chǎn)半導體的材料，并且將化合物用在生產(chǎn)半導體中，并且有了意外驚人的效果，制作了第二代半導體，第三代半導體。

半導體材料的分類與發(fā)展

隨著科技的發(fā)展和研究的深入，目前，半導體材料主要有半導體硅材料、半導體光子晶體材料、半導體砷化鎵單晶材料等。

半導體硅材料

最近幾年，新型半導體材料不斷出現(xiàn)。硅以其豐富的資源、低廉的價格和優(yōu)異的性能，在半導體市場上也占有重要的地位。人們?nèi)粘Ｉ钪猩a(chǎn)的大部分電子產(chǎn)品都是由硅基材料制成的。也有一些集成電路也是由硅或硅晶體衍生物制成的?？梢姽璨牧显诎雽w的發(fā)展中非常關鍵。早在20世紀末，硅材料就作為電子科學技術的主要材料被研究和開發(fā)，并應用于各個領域。其年需求量也呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。根據(jù)當今世界硅材料的消耗量，硅在未來很可能成為電子通信和計算領域不可缺少的材料。半導體材料在機械領域中占有重要地位。如果沒有硅材料對半導體材料發(fā)展的支持，半導體就不會經(jīng)常更新?lián)Q代，性能不斷提升。半導體硅材料有多種不同的形態(tài)，各種形態(tài)的硅材料都應用在半導體生產(chǎn)中，在其中發(fā)揮著不同的作用[2]。

光子晶體材料

光子晶體是現(xiàn)在應用最廣泛的，通過利用周期性電夠晶體所出現(xiàn)的一種類光學型經(jīng)濟。光子信息主要是通過調(diào)整波紋的長度，實現(xiàn)半導體電子之間的間隙傳達，從而使現(xiàn)在的電子管家能夠非常良好的傳遞，光波實現(xiàn)對內(nèi)部電流的傳輸，從而對半導體的使用有著非常好的輔助作用。然而隨著現(xiàn)在電子技術的發(fā)展，人們對于現(xiàn)在內(nèi)部產(chǎn)品的芯片重視越來越高，因此就對于電子產(chǎn)品的要求越來越強，所以通過減少電子產(chǎn)品的體積和規(guī)格，實現(xiàn)對現(xiàn)代電子產(chǎn)品材料的優(yōu)化。因此通過光子晶體材料進行半導體的制作，已經(jīng)成為現(xiàn)在新的計劃之一。

砷化鎵單晶材料

砷化鎵是一種耐高溫、耐輻射的材料。主要應用于微電子、光電子材料等領域。在一些高速運行的電子設備中用處非常大。近年來，通信技術的采用的信道的頻率在不斷增加，生產(chǎn)中使用的砷化鎵的數(shù)量也逐漸增加。由于目前GaAs單晶材料的研發(fā)起步不如其他國家早，隨著一些企業(yè)的崛起，半導體材料的生產(chǎn)機會也越來越多。

半導體材料的發(fā)展趨勢

我國的半導體技術發(fā)展比較晚，因此現(xiàn)在內(nèi)部的技術比較落后，因此在使用的基本材料只有歸，因此在對于現(xiàn)在硅材料的使用上，我們國家的開采量以及各項研究比例都已經(jīng)達到了世界先進水平。但是隨著現(xiàn)在半導體技術的不斷發(fā)展和不斷進步，我們國家的半導體技術應用應該面向更加廣闊的，至少應該采取更新的材料更加優(yōu)化的新型設備來執(zhí)行現(xiàn)在的半導體生產(chǎn)。因此通過以身元素為主要材料的新型第2代半導體已經(jīng)出現(xiàn)在我們的身邊，這種半導體相較于第1代半導體來說具備更好的延展性。充分的用到現(xiàn)在的許多高級電器之中，然而近年來社會通過利用光子材料和各種氮化合物生產(chǎn)出來的第3代半導體，它已經(jīng)成為現(xiàn)在應用中最廣泛的半導體之一。

半導體材料目前正往集集小高性價比易獲得以及高延展性的方向發(fā)展，通過以上幾種技術實現(xiàn)對現(xiàn)代半導體的新型質(zhì)量稽核，通過利用氮氧化合物生產(chǎn)的半導體不僅材料容易尋找，而且制作出來的半導體具有非常好的效果，運用到現(xiàn)在的電子領域中也有非常好的作用。而且半導體材料作為我們現(xiàn)在電力使用最廣泛的材料之一，通過研究電子材料對于現(xiàn)在半導體材料的整體發(fā)展有著巨大的幫助，通過對現(xiàn)在半導體材料的體積改善也順應的，使得現(xiàn)在電力發(fā)展也是非常大的進步。

加快半導體材料發(fā)展的措施

加強硅材料開發(fā)數(shù)量

硅元素一直是半導體中最容易獲得的材料之一，因此就必須要加大硅的開采量，通過開采更多的硅礦是相對現(xiàn)在的硅的開采，而且應該加強施工設施對于硅開采的嘗試，加強硅開采的效率。我國硅的發(fā)展程度比其他國家要低，因此，我們有必要多多關注硅的生產(chǎn)。它是生產(chǎn)半導體的重要材料，能很大程度影響科技和經(jīng)濟發(fā)展。硅的發(fā)展在于提取，如何提取精煉硅是現(xiàn)在應該關注的問題[4]。因此，如果想要發(fā)展我國科技，必須找到硅萃取的新的方法，不斷培養(yǎng)人才，引進設備，促進其發(fā)展。

加大晶體提取力度

與其他發(fā)達國家相比，砷化鎵及其相關化合物的晶體萃取存在較大的差距。由于目前我們晶體加工和提取工作采用舊的技術，砷化鎵這種化合物半導體的制作成功率不高，因此在進行制作的時候就要注重成功率以及制作水平，提高他的制作效果。

促進光子晶體的發(fā)展

超晶體是光子晶體，是微電子和光電子技術發(fā)展的目標。大力發(fā)展超晶可以為我國在新時期的發(fā)展提供力量。發(fā)展超晶體需要依靠我國強大的經(jīng)濟實力持續(xù)不斷地探索。我們應該培養(yǎng)這方面人才并且引進先進設備，不斷提高光電子產(chǎn)品的存儲數(shù)量。同時，中國應引進新的技術，進一步開發(fā)和開發(fā)光子晶體材料，為中國經(jīng)濟發(fā)展和科技進步提供動力。

結束語

中國的經(jīng)濟實現(xiàn)了飛速發(fā)展，現(xiàn)在中國正處于國家科技飛速發(fā)展的時代，人們對半導體器件的要求也越來越高，所以國家需要大量的半導體元件。但是，近年來，隨著社會的發(fā)展，人們對硅材料的使用已經(jīng)達到極限。因此，我們要加大開發(fā)的力度，鼓勵企業(yè)進行新材料的開發(fā)。

參考文獻

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