簡論電子科學技術中的半導體材料發展趨勢

文/錢晨，湖南省長沙市南雅中學

引言

從半導體的發展歷程來看，先后經歷了硅到砷化鎵、磷化錮再到碳化硅、氮化鎵的轉變。在電子科學技術中的應用越來越趨向于高度集成，并呈現出尺寸小禁帶寬增大的現象。我國的社會生產中半導體材料在集成電路、計算機、信通行業都發揮著十分重要的作用。針對半導體材料的發展趨勢分析，不僅促進了電子科學技術的發展，也推動了其它相關行業的進步。可見，對半導體材料的應用現狀和發展趨勢進行探討具有很高的實用價值和研究意義。

1　半導體材料的應用現狀

1.1　光子晶體

光子晶體是上世紀90年代提出的一項人工微結構，這種材料本身具有光子帶隙，因為能選擇性的使某一個范圍內的波通過而阻止其它波長的光。從這種結構特性不難發現，光子晶體有著天然的禁帶特性，已經投產使用立馬就收到了市場的認可和青睞。尤其在部分微電子行業中，光子晶體更是被寄予厚望。出于對電子產品芯片質量的安全工藝的考慮，人們越來越重視集成技術的運用來實現對工藝和技術的革新。因此在現階段，對于光子晶體在實際中的應用還需要不斷的提高技術水平。

1.2　砷化鎵單晶材料

砷化鎵是III-V族化合物的中的一種半導體材料，與傳統的硅材料相比具有更強的耐高溫、抗輻射能力，因此在第二代半導體材料中具有很強的代表性。經過多年來的發展，砷化鎵雖然沒能完全取代硅與鍺，但是砷化鎵采用高質量半絕緣的單晶體進行離子注入可以生產出上乘的集成電路。而且這種材料屬于III-V族化合物，具有直接躍遷的能帶結構，對于光電應用有著得天獨厚的優勢。而隨著電子科學技術的不斷發展，砷化鎵在集成電路上的發揮著越來越重要的作用。

1.3　半導體硅材料

半導體硅材料在電子科學技術中的應用最早，也是使用較為普遍的一種材料。它包括了硅多晶、硅片、非晶硅薄膜等，均可以直接在半導體元件做材料。在制造半導體材料的過程中通常使用的是硅單晶，可以將硅多晶進行直拉或者區熔獲得。在集成電路和晶體管的制造中，直拉硅以其明確的規格和復雜的工藝，成為單獨一類的電路用硅單晶。而區熔硅則被使用在電力電子元件的生產上。經過多年的發展，對于硅單晶的純度、物理性質、結構完整性和成本控制已經形成了相對成熟的理論體系。

2　半導體材料在電子科學技術中的發展趨勢

2.1　超晶管和一維微結構的應用

近些年，隨著電子科學技術的進一步深入，許多新材料和新技術被引入到集成電路的生產和制造上。而對于電子科學技術而言，材料和技術正是行業水平提高的關鍵。在過去很長一段時間里，我國的電子科技行業只是一味的引進歐美的先進提煉工藝，忽略了對技術的學習和研發。結合我國現在的發展情況，應該加大對超晶管和一維微結構的開發，我們目前對這方面的研究還有所缺失，但是超晶管與一維微結構在未來將會有巨大的發展，相關的行業應該認識到其中的利害關系。一維微結構在納米晶體技術當中的應用就說明了，在未來很長一段時間里這將是我們研究的重點內容。

2.2　碳化硅材料的應用

碳化硅材料在導熱性能方面具有較強的穩定性，這是它優于其它材料的特征。在部分有著較高散熱性需求的電子科技領域，就很依賴于這種材料。比如說太陽能、衛星通信、發電傳輸等，而這些行業又都是十分重要且發展勢頭迅猛的行業，因此，對于碳化硅的研究和應用應該予以足夠的重視。而且碳化硅作為一種半導體材料在我國的軍工領域也有著舉足輕重的作用。然而這些上述的行業在我國目前的發展還處于較為初級的階段，并沒有十分普及。隨著經濟模式的轉型，對于環保的呼聲越來越高，而且相關的高端電子科技產業也得到了發展的機遇，筆者認為，在將來很長一段時間里碳化硅都將作為一種主要的半導體材料在電子科學技術中被廣泛應用。

3　結語

綜上所述，通過對電子科學技術發展中常用半導體材料進行分析，主要從超晶管、一維微結構材料、碳化硅材料，新型硅材料等方面著手，談了談半導體材料的應用和未來發展趨勢。希望國內應用當前的研究成果，積極引入新技術，并在應用、研究方面不斷創新，從而提升國內半導體材料研發水平及質量，這對推動國內經濟可持續發展、社會進步等方面具有重要參考意義。

【參考文獻】

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