半導體材料的應用研究進展

陳彩云　徐東

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

關鍵詞：半導體材料；納米；應用

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

1 前言

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

半導體材料第一代半導體是“元素半導體”。典型如硅基和鍺基半導體。其中以硅基半導體技術較成熟。應用也較廣泛，一般用硅基半導體來代替元素半導體的名稱[3]。第二代半導體材料是化合物半導體。化合物半導體是以砷化鎵、磷化銦和氮化鎵等為代表，包括許多其它III—V族化合物半導體。這些化合物中，商業半導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。其中砷化鎵技術較成熟，應用也較廣泛。

2 半導體材料的應用

半導體材料的第一個應用就是利用它的整流效應作為檢波器。就是點接觸二極管。除了檢波器之外，在早期，半導體材料還用來做整流器、光伏電池、紅外探測器等。半導體材料的四個效應都用到了。從1907年到1927年，美國的物理學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體紅外探測器，在二戰中用于偵測飛機和艦船。二戰時盟軍在半導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。

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

第二代半導體材料產業發展主要體現在以下五個方面[5-8]。

（1）消費類光電子。光存貯、數字電視與全球家用電子產品裝備無線控制和數據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，這類產品的市場為化合物半導體產品的應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。由于全球汽車工業十分龐大，因此這是一個必定會并發的巨大市場。

（3）半導體照明技術的迅猛發展。基于半導體發光二極管 （LED）的半導體光源具有體積小、發熱量低、耗電量小、壽命長、反應速度快、環保、耐沖擊不易破、廢棄物可回收。沒有污染，可平面封裝、易開發成輕薄短小產品等優點，具有重大的經濟技術價值和市場前景。特別是基于LED的半導體照明產品具有高效節能、綠色環保優點，在全球能源資源有限和保護環境可持續發展的雙重背景下。將在世界范圍內引發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、手機背光源等。開始應用于城市夜景美化亮化、景觀燈、地燈、手電筒、指示牌等，隨著單個LED亮度和發光效率的提高，即將進入普通室內照明、臺燈、筆記本電腦背光源、LCD顯示器背光源等.因而具有廣闊的應用前景和巨大的商機。

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

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

參考文獻：

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