電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)

邢軼斌 康永

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新興的科技在生活的不同領(lǐng)域都有了重要的應(yīng)用。半導(dǎo)體材料在電子科技進(jìn)步過(guò)程中起到了基石的作用，是電子科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，決定了電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展高度。從第一代硅半導(dǎo)體材料到第二代半導(dǎo)體材料到現(xiàn)在的第三代化合物半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體也處于不斷的變化過(guò)程中。本文主要研究了電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料應(yīng)用，當(dāng)下發(fā)展?fàn)顩r以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料;特征尺寸;摩爾定律

前言

半導(dǎo)體材料是特殊的元素或者化合物，它的性質(zhì)處于導(dǎo)體和非導(dǎo)體之間，因此也就有了特殊的性質(zhì)。利用半導(dǎo)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(dǎo)體材料在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)甚至工業(yè)發(fā)展過(guò)程中有不可或缺的作用。目前，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的跨越式發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體材料的需求也在不斷增加，半導(dǎo)體材料逐漸有了很大的生產(chǎn)量。

半導(dǎo)體材料的應(yīng)用

硅鍺作為第一代半導(dǎo)體材料，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活有著重要的影響。初代半導(dǎo)體的最主要應(yīng)用材料就是硅，硅的儲(chǔ)量非常大，應(yīng)用到現(xiàn)在的半導(dǎo)體上十分的具有性價(jià)比。鍺是半導(dǎo)體發(fā)展過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的第一種元素，在生產(chǎn)半導(dǎo)體元件中依舊使用很廣泛。隨著電子科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件也有了廣泛的應(yīng)用。在初始階段，我國(guó)電子科技的研究和發(fā)展主要靠第一代半導(dǎo)體，它們以硅和鍺為材料，因?yàn)殒N是活躍的，常常會(huì)與用于半導(dǎo)體設(shè)備的介電材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而降低材料的氧化性，對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備的性能有一定的影響，同時(shí)，它將直接導(dǎo)致半導(dǎo)體的使用達(dá)不到預(yù)期的結(jié)果，存在各種各樣的問(wèn)題。由于存在各種各樣的問(wèn)題，半導(dǎo)體設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)異常的可能性會(huì)增加，而且鍺的產(chǎn)量也不會(huì)像硅那樣高，因此，在我國(guó)電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，鍺在半導(dǎo)體材料中的研究和應(yīng)用少于硅[1]。但在20世紀(jì)末，鍺在紅外光學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從那時(shí)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(yáng)能研究和開(kāi)發(fā)項(xiàng)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(dǎo)體的材料，并且將化合物用在生產(chǎn)半導(dǎo)體中，并且有了意外驚人的效果，制作了第二代半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體。

半導(dǎo)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(dǎo)體材料主要有半導(dǎo)體硅材料、半導(dǎo)體光子晶體材料、半導(dǎo)體砷化鎵單晶材料等。

半導(dǎo)體硅材料

最近幾年，新型半導(dǎo)體材料不斷出現(xiàn)。硅以其豐富的資源、低廉的價(jià)格和優(yōu)異的性能，在半導(dǎo)體市場(chǎng)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。可見(jiàn)硅材料在半導(dǎo)體的發(fā)展中非常關(guān)鍵。早在20世紀(jì)末，硅材料就作為電子科學(xué)技術(shù)的主要材料被研究和開(kāi)發(fā)，并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其年需求量也呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)當(dāng)今世界硅材料的消耗量，硅在未來(lái)很可能成為電子通信和計(jì)算領(lǐng)域不可缺少的材料。半導(dǎo)體材料在機(jī)械領(lǐng)域中占有重要地位。如果沒(méi)有硅材料對(duì)半導(dǎo)體材料發(fā)展的支持，半導(dǎo)體就不會(huì)經(jīng)常更新?lián)Q代，性能不斷提升。半導(dǎo)體硅材料有多種不同的形態(tài)，各種形態(tài)的硅材料都應(yīng)用在半導(dǎo)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(yīng)用最廣泛的，通過(guò)利用周期性電夠晶體所出現(xiàn)的一種類光學(xué)型經(jīng)濟(jì)。光子信息主要是通過(guò)調(diào)整波紋的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體電子之間的間隙傳達(dá)，從而使現(xiàn)在的電子管家能夠非常良好的傳遞，光波實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部電流的傳輸，從而對(duì)半導(dǎo)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(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于現(xiàn)在內(nèi)部產(chǎn)品的芯片重視越來(lái)越高，因此就對(duì)于電子產(chǎn)品的要求越來(lái)越強(qiáng)，所以通過(guò)減少電子產(chǎn)品的體積和規(guī)格，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代電子產(chǎn)品材料的優(yōu)化。因此通過(guò)光子晶體材料進(jìn)行半導(dǎo)體的制作，已經(jīng)成為現(xiàn)在新的計(jì)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(yīng)用于微電子、光電子材料等領(lǐng)域。在一些高速運(yùn)行的電子設(shè)備中用處非常大。近年來(lái)，通信技術(shù)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(guó)家早，隨著一些企業(yè)的崛起，半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)機(jī)會(huì)也越來(lái)越多。

半導(dǎo)體材料的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展比較晚，因此現(xiàn)在內(nèi)部的技術(shù)比較落后，因此在使用的基本材料只有歸，因此在對(duì)于現(xiàn)在硅材料的使用上，我們國(guó)家的開(kāi)采量以及各項(xiàng)研究比例都已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但是隨著現(xiàn)在半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展和不斷進(jìn)步，我們國(guó)家的半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用應(yīng)該面向更加廣闊的，至少應(yīng)該采取更新的材料更加優(yōu)化的新型設(shè)備來(lái)執(zhí)行現(xiàn)在的半導(dǎo)體生產(chǎn)。因此通過(guò)以身元素為主要材料的新型第2代半導(dǎo)體已經(jīng)出現(xiàn)在我們的身邊，這種半導(dǎo)體相較于第1代半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)具備更好的延展性。充分的用到現(xiàn)在的許多高級(jí)電器之中，然而近年來(lái)社會(huì)通過(guò)利用光子材料和各種氮化合物生產(chǎn)出來(lái)的第3代半導(dǎo)體，它已經(jīng)成為現(xiàn)在應(yīng)用中最廣泛的半導(dǎo)體之一。

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

加快半導(dǎo)體材料發(fā)展的措施

加強(qiáng)硅材料開(kāi)發(fā)數(shù)量

硅元素一直是半導(dǎo)體中最容易獲得的材料之一，因此就必須要加大硅的開(kāi)采量，通過(guò)開(kāi)采更多的硅礦是相對(duì)現(xiàn)在的硅的開(kāi)采，而且應(yīng)該加強(qiáng)施工設(shè)施對(duì)于硅開(kāi)采的嘗試，加強(qiáng)硅開(kāi)采的效率。我國(guó)硅的發(fā)展程度比其他國(guó)家要低，因此，我們有必要多多關(guān)注硅的生產(chǎn)。它是生產(chǎn)半導(dǎo)體的重要材料，能很大程度影響科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。硅的發(fā)展在于提取，如何提取精煉硅是現(xiàn)在應(yīng)該關(guān)注的問(wèn)題[4]。因此，如果想要發(fā)展我國(guó)科技，必須找到硅萃取的新的方法，不斷培養(yǎng)人才，引進(jìn)設(shè)備，促進(jìn)其發(fā)展。

加大晶體提取力度

與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，砷化鎵及其相關(guān)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(shù)，砷化鎵這種化合物半導(dǎo)體的制作成功率不高，因此在進(jìn)行制作的時(shí)候就要注重成功率以及制作水平，提高他的制作效果。

促進(jìn)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(shù)發(fā)展的目標(biāo)。大力發(fā)展超晶可以為我國(guó)在新時(shí)期的發(fā)展提供力量。發(fā)展超晶體需要依靠我國(guó)強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力持續(xù)不斷地探索。我們應(yīng)該培養(yǎng)這方面人才并且引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，不斷提高光電子產(chǎn)品的存儲(chǔ)數(shù)量。同時(shí)，中國(guó)應(yīng)引進(jìn)新的技術(shù)，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和開(kāi)發(fā)光子晶體材料，為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步提供動(dòng)力。

結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，現(xiàn)在中國(guó)正處于國(guó)家科技飛速發(fā)展的時(shí)代，人們對(duì)半導(dǎo)體器件的要求也越來(lái)越高，所以國(guó)家需要大量的半導(dǎo)體元件。但是，近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)硅材料的使用已經(jīng)達(dá)到極限。因此，我們要加大開(kāi)發(fā)的力度，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行新材料的開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)

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