關于半導體光電信息功能材料的研究進展

甘佳偉 朱奧琪 湖北科技學院電子與信息工程學院

引言

人類早期之間的語言交流是便于生存勞作，這種語言交流就是最簡單的信息傳遞，信息傳遞不僅有復雜簡單之分，還有快慢之分。顯而易見，信息傳遞的速度越快對人類的生產生活越有利，所以在人類發展的歷史長河中一直伴隨著對信息傳遞速度的追求。人類從利用馬匹傳遞信息，到早期電臺、電話再到如今的光纖通信技術和5G 通信技術。不難發現，伴隨著半導體信息功能材料的出現及應用，人類信息傳遞速度有了飛速的提高。在當代半導體光電信息功能材料已經被融入到各個領域，尤其是作為信息傳輸線路和各種傳感器被廣泛的應用。由于高端半導體信息功能材料的制造工藝技術被美國等半導體產業巨頭國家封鎖，當下對中國而言對半導體光電信息功能材料的研究迫在眉睫而且非常重要。

1 半導體光電信息材料發展歷史

半導體光電信息材料的理論基礎是半導體光電子學，半導體光電子學是探究半導體材料中光子與電子的相互作用，光能與電能之間相互轉換的研究。涵蓋量子力學，固體物理，半導體物理等基礎物理學科。

1873 年，史密斯（W. Smith）發現“不良導體”在光作用下電導增加現象，這啟發了半導體光電子學的產生。1905 年愛因斯坦提出光子學說為后來研究和發展半導體光電子學說奠定了基礎。到20 世紀前半葉發現雜質對半導體性能產生影響。后來形成了半導體物理學，為1947 年出現晶體管和氣候的微電子學奠定了理論基礎。

系統的研究半導體材料中光子和電子的相互作用、光能與電能的相互轉換使之成為當今最具有發展前景的半導體光電子學。由于光纖通信的強烈需求拉動了半導體光電信息材料的高速發展。

2 半導體光電信息材料的應用領域

2.1 半導體光電信息材料傳感器

在傳感器領域，由于半導體光電信息材料具有光電子效應，所以傳統光電傳感器的原理大多是利用光電子效應制成傳感器。如硅材料。硅材料在接觸光照后在其內部會產生光電流，所以大部分光電信息材料傳感器是可通過硅材料器件與電流放大電路構成傳感器，如光功率探頭傳感器件。CCD 和CMOS 光電耦合器件也是應用廣泛的光電信息功能材料傳感器。

2.2 半導體信息功能材料在芯片方面的應用

談到芯片就不得不提及光電信息功能材料，芯片的內部構造簡單來講就是通過半導體材料構成邏輯電路實現相應功能，當下中國制造芯片的技術仍然屬于起步狀態，很多制造設備和關鍵材料仍然只能依靠進口國外產品，制造芯片包含設計、制造、封測三大流程，目前中國在芯片領域的封測技術較強，設計和制造技術雖經過數十年的發展但限于芯片設備和制作工藝的制約仍然與半導體產業發達國家有差距。

2018年美國禁止中興通訊從美國采購包括芯片在內的敏感產品，2019 年美國又對華為技術有限公司發布禁售令，種種跡象可以說明，中國要擺脫別國芯片封鎖就必須大力發展半導體光電信息材料。

2.3 半導體信息功能材料在量子通信方面的應用

近年來通信技術蓬勃發展，隨著互聯網技術的日益完善，移動通信業務和設備的增長和普及，人類對通信技術的需求標準越來越高，量子阱材料和超晶格材料的出現及應用開辟了新的通訊方法。量子阱材料的應用克服了原有半導體材料的應用局限性，經過多年發展，中國的量子通信技術處于世界級領先水平。量子通信技術在軍事對抗、發展量子計算機、自由空間通信等領域都有廣闊的應用空間。

3 半導體光電信息材料后期發展方向

對半導體企業來講當下最重要的是發展技術，進行技術突破沒有屬于自己的技術始終受制于人。對高校、研究所等教育機構來講要培養高質量的技術性人才來推動技術發展、技術突破。對相關研究機構來講在現有理論基礎上探究如何制備新材料，探究材料新性能、性效應，并探討如何將新理論投入應用。

只有這三者相互促進相互推動中國半導體光電信息材料這個產業才能穩步向前發展。

4 結束語

現如今人們對信息交互的速度追求越來越高甚至在某些高科技領域常規通訊手段已經不能滿足需求所以發展半導體光電信息功能材料顯得尤為重要。而且半導體光電信息功能材料的應用已經滲透到各個領域中，不僅僅是國家高新技術產業需要，相當多的民用設備也對半導體信息功能材料需求量較大。在不久的未來，大數據時代的臨絕對少不了半導體光電信息功能材料的發展。光電信息材料的發展不僅能帶動其他產業的進步，同樣也是國家戰略性研究課題。對于現階段中國的科技發展狀況來說發展半導體光電功能材料絕對是必不可少的，發展半導體光電信息功能材料利國利民。