半導(dǎo)體材料的應(yīng)用研究進(jìn)展

陳彩云　徐東

摘 要：半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，其電導(dǎo)率在10（U-3）～10（U-9）歐姆/厘米范圍內(nèi)。本文介紹了半異體材料的定義、分類、特制及發(fā)展，敘述了半導(dǎo)體材料的早期應(yīng)用及第二代半導(dǎo)體材料在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料；納米；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.187

1 前言

半導(dǎo)體材料（semiconductormaterial）是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，其電導(dǎo)率在10（U-3）～10（U-9）歐姆/厘米范圍內(nèi)。半導(dǎo)體材料可分為元素半導(dǎo)體、無機(jī)化合物半導(dǎo)體、有機(jī)化合物半導(dǎo)體和非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體。納米材料的尺度處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，是介于宏觀物質(zhì)與微觀原子或分子間的過渡亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，它能夠產(chǎn)生不同于傳統(tǒng)固體材料的顯著的表面與介面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，并且表現(xiàn)出奇異的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)特性等等[1-2]。

半導(dǎo)體材料第一代半導(dǎo)體是“元素半導(dǎo)體”。典型如硅基和鍺基半導(dǎo)體。其中以硅基半導(dǎo)體技術(shù)較成熟。應(yīng)用也較廣泛，一般用硅基半導(dǎo)體來代替元素半導(dǎo)體的名稱[3]。第二代半導(dǎo)體材料是化合物半導(dǎo)體。化合物半導(dǎo)體是以砷化鎵、磷化銦和氮化鎵等為代表，包括許多其它III—V族化合物半導(dǎo)體。這些化合物中，商業(yè)半導(dǎo)體器件中用得最多的是砷化鎵和磷砷化鎵、磷化銦、砷鋁化鎵和磷鎵化銦。其中砷化鎵技術(shù)較成熟，應(yīng)用也較廣泛。

2 半導(dǎo)體材料的應(yīng)用

半導(dǎo)體材料的第一個應(yīng)用就是利用它的整流效應(yīng)作為檢波器。就是點(diǎn)接觸二極管。除了檢波器之外，在早期，半導(dǎo)體材料還用來做整流器、光伏電池、紅外探測器等。半導(dǎo)體材料的四個效應(yīng)都用到了。從1907年到1927年，美國的物理學(xué)家研制成功晶體整流器、硒整流器和氧化亞銅整流器。1931年，蘭治和伯格曼研制成功硒光伏電池[4]。1932年，德國先后研制成功硫化鉛、硒化鉛和碲化鉛等半導(dǎo)體紅外探測器，在二戰(zhàn)中用于偵測飛機(jī)和艦船。二戰(zhàn)時盟軍在半導(dǎo)體方面的研究也取得了很大成效。英國就利用紅外探測器多次偵測到了德國的飛機(jī)。

今天，半導(dǎo)體材料已廣泛地用于家電、通訊、工業(yè)制造、航空、航天等領(lǐng)域。1994年。電子工業(yè)的世界市場份額為6910億美元，1998年增加到9358億美元。而其中由于美國經(jīng)濟(jì)的衰退，導(dǎo)致了半導(dǎo)體材料市場的下滑.即由1995年的1500多億美元.下降到1998年的1300多億美元。經(jīng)過幾年的徘徊，目前半導(dǎo)體材料市場已有所回升。

第二代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下五個方面[5-8]。

（1）消費(fèi)類光電子。光存貯、數(shù)字電視與全球家用電子產(chǎn)品裝備無線控制和數(shù)據(jù)連接的比例越來越高，音視頻裝置日益無線化。再加上筆記本電腦的普及，這類產(chǎn)品的市場為化合物半導(dǎo)體產(chǎn)品的應(yīng)用帶來了龐大的新市場。

（2）汽車光電子市場。目前汽車防撞雷達(dá)已在很多高檔車上得到了實用，將來肯定會越來越普及。汽車防撞雷達(dá)一般工作在毫米波段，所以肯定離不開砷化鎵甚至磷化銦，它的中頻部分才會用到鍺硅。由于全球汽車工業(yè)十分龐大，因此這是一個必定會并發(fā)的巨大市場。

（3）半導(dǎo)體照明技術(shù)的迅猛發(fā)展。基于半導(dǎo)體發(fā)光二極管 （LED）的半導(dǎo)體光源具有體積小、發(fā)熱量低、耗電量小、壽命長、反應(yīng)速度快、環(huán)保、耐沖擊不易破、廢棄物可回收。沒有污染，可平面封裝、易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)，具有重大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)價值和市場前景。特別是基于LED的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保優(yōu)點(diǎn)，在全球能源資源有限和保護(hù)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的雙重背景下。將在世界范圍內(nèi)引發(fā)一場劃時代的照明革命，成為繼白熾燈、熒光燈之后的新一代電光源。目前LED已廣泛用于大屏幕顯示、交通信號燈、手機(jī)背光源等。開始應(yīng)用于城市夜景美化亮化、景觀燈、地?zé)簟⑹蛛娡病⒅甘九频龋S著單個LED亮度和發(fā)光效率的提高，即將進(jìn)入普通室內(nèi)照明、臺燈、筆記本電腦背光源、LCD顯示器背光源等.因而具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商機(jī)。

（4）5Gbps設(shè)備投入大量使用。而這些設(shè)備中將大量使用磷化銦、砷化鎵、鍺硅等化合物半導(dǎo)體集成電路。

（5）移動通信技術(shù)正在不斷朝著有利于化合物半導(dǎo)體產(chǎn)品的方向發(fā)展。目前4G技術(shù)成為移動通信技術(shù)的主流，這是一種多功能、多頻段、多模式的移動終端。單一的硅技術(shù)無法在那么多功能和模式上都達(dá)到性能最優(yōu)。要把各種優(yōu)化性能的功能集成在一起，只能用系統(tǒng)級封裝（SIP），即在同一封裝中用硅、鍺硅、砷化鎵等不同工藝來優(yōu)化實現(xiàn)不同功能。這就為砷化鎵帶來了新的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

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