半导体信息功能材料
GaN半导体材料综述--功能纳米材料
GaN半导体材料综述课程名称:纳米功能材料与器件学生:XX学院:新材料技术研究院学号:XXXX班级:XXXX任课教师:顾有松评分:2021 -12目录1前言12GaN材料的性能研究12.1物理性质12.2化学性质22.3电学性质22.4光学性质33GaN材料的制备33.1金属有机化学气相外延技术(MOCVD)33.2分子束外延(MBE)43.3氢化物气相外延(HVPE)54GaN材料的器件构建与性能64.1GaN基发光二极管(LED)64.2GaN基激光二极管(LD)74.3GaN基电子器件84.4GaN基紫外光探测器85结论9参考文献91前言继硅〔Si〕引导的第一代半导体和砷化镓〔GaAs〕引导的第二代半导体后，以碳化硅〔SiC〕、氮化镓〔GaN〕、氧化锌〔ZnO〕、金刚石、氮化铝〔AlN〕为代表的第三代半导体材料闪亮登场并已逐步开展壮大。
作为第三代半导体的典型代表，GaN材料是一种直接带隙以及宽带隙半导体材料。
室温下其禁带宽度为3.4eV，具有高临界击穿电场、高电子漂移速度、高热导、耐高温、抗腐蚀、抗辐射等优良特性，是制作短波长发光器件、光电探测器以及高温、高频、大功率电子器件的理想材料。
随着纳米技术的开展，III族氮化物一维纳米构造在发光二极管、场效应晶体管以及太阳能电池领域都具有极大的潜在应用。
进入20世纪90年代以后，由于一些关键技术获得突破以及材料生长和器件工艺水平的不断提高,使GaN材料研究空前活泼，GaN基器件开展十分迅速。
基于具有优异性质的纳米尺寸材料制造纳米器件是很有意义的，GaN纳米构造特别是纳米线是满足这种要求的一种很有希望的材料[1]。
本论文主要介绍了GaN材料的性能研究、制备方法研究、器件构建与性能三个方面的容，并最后进展了总结性阐述，全面概括了GaN材料的根本容。
2GaN材料的性能研究2.1物理性质GaN是一种宽带隙半导体材料，在室温下其禁带宽度约为3.4 eV；Ga和N原子之间很强的化学键，使其具有高达1700℃的熔点；电子漂移饱和速度高，且掺杂浓度对其影响不大；抗辐射、介电常数小、热产生率低和击穿电场高等特点。
功能材料(半导体材料)
2．多元化合物半导体 (1) IB-IIIA -(VIA)2组成的多元化合物半
导体，如AgGeTe2等。 (2) IB-VA-(VIA)2组成的多元化合物半
导体，如AgAsSe2等。 (3) (IB)2-IIB-IVA-(VIA)4组成的多元化
20世纪70年代以来，电子技术以前所未有 的速度突飞猛进，尤其是微电子技术的兴起， 使人类从工业社会进人信息社会。微电子技术 是电子器件与设备微型化的技术，一般是指半 导体技术和集成电路技术。它集中反映出现代 电子技术的发展特点，从而出现了大规模集成 电路和超大规模集成电路。这样就促使对半导 体材料提出了愈来愈高的要求，使半导体材料 的主攻目标更明显地朝着高纯度、高均匀性、 高完整性、大尺寸方向发展。
锗不溶于盐酸或稀硫酸，但能溶于热 的浓硫酸、浓硝酸、王水及HF-HNO3混合酸 中。
硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸及王水， 易被HF-HNO3混合酸所溶解，因而半导体工 业中常用此混合酸作为硅的腐蚀液。硅比锗易 与碱起反应。硅与金属作用能生成多种硅化物， 这些硅化物具有导电性良好、耐高温、抗电迁 移等特性，可以用于制备大规模和超大规模集 成电路内部的引线、电阻等。
VIIA族的金属与非金属的交界处，如Ge，Si， Se，Te等。 6.1.2 化合物半导体 1．二元化合物半导体
(1) IIIA族和VA族元素组成的IIIA-VA族化 合物半导体。即Al，Ga，In和P，As，Sb组成 的9种IIIA-VA族化合物半导体，如AlP，AlAs， Alsb ， GaP ， GaAs ， GaSb ， InP ， InAs ， InSb等。
功能材料及其应用
第二章无机功能材料2.1 半导体材料2.1.1 半导体材料的性质和分类1．半导体材料的主要性质半导体材料是导电能力在导体和绝缘体之间的材料，电阻率为10-2~10-9Ω·m，电导率范围为103~10-9s/cm，但是单从电阻率的数值上来区分是不充分的，如在仪器仪表中使用的一些电阻材料的电阻率数值也在这个范围之内，但是它们并不是半导体材料。
半导体的电阻率在加入微量的杂质、光照、外加电场、磁场、压力以及外界环境（温度、湿度、气氛）改变或轻微改变晶格缺陷的密度都可能使电阻率改变若干数量级。
电导率也可以因掺入杂质量的不同，在几个到十几个数量级范围内变化。
半导体材料是信息技术的基础功能材料。
（1）载流子浓度和迁移率是半导体导电性质的两个重要参量。
载流子浓度是指每立方厘米内自由电子或空穴的数目，分别用电子浓度（n）和空穴浓度（p）表示。
漂移迁移率是指半导体内自由电子或空穴在单位电场作用下漂移的平均速度，简称迁移率。
μn和μp分别表示电子迁移率和空穴迁移率。
载流子电荷的符号与霍尔系数（R）的符号一致，有正霍尔系数的材料为空穴导体的P型材料，反之为电子导电的N型材料。
同时测量半导体材料的霍耳系效和电导率可定出它的导电类型、载流子速度和迁移率。
载流子速度和迁移率与温度有关，故电导率（σ）也与温度有关。
对本征半导体，σ随温度上升而增大，对掺杂半导体，随温度的变化比较复杂，且与掺杂浓度有关。
在高掺杂简并情况下，σ几乎不随温度而变化。
（2）少数非平衡载流子对的寿命（τ）是半导体材料的又一个重要参数。
通过光照或用电学方法在半导体内产生较热平衡状态下为多的电子和空穴称非平衡载流子。
这些非平衡电子和空穴成对产生，有成对消失，这一消失过程称为复合。
非平衡载流子在复合之前的平均存在的时间，定义为非平衡载流子的寿命（τ）。
（3）禁带宽度Eg在半导体材料中通过光吸收，使电子自价带跃迁至导带称为本征吸收。
能量小于禁带宽度的光子不能引起本征吸收。
(完整版)半导体材料的分类_及其各自的性能汇总
其中晶态半导体又可以分为单晶半导体和多晶半导体。
上述材料中，锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)都是单晶，是由均一的晶粒有序堆积组成；而多晶则是由很多小晶粒杂乱地堆积而成。
对于非晶态半导体，有非晶态硅、非晶态锗等，它们没有规则的外形，也没有固定熔点，内部结构不存在长程有序，只是在若干原子间距内的较小范围内存在结构上的有序排列，称作短程有序。
另外，在实际应用中，根据半导体材料中是否含有杂质，又可以将半导体材料分为本征半导体和杂质半导体。
在下面的章节中将会介绍，杂质的存在将对材料的性能产生很大的影响。
二. 半导体材料的结构及其性能1.几种半导体材料的结构1.1金刚石结构型材料Si、Ge等Ⅳ族元素有4个未配对的价电子，每个原子只能与周围4个原子共价键合，使每个原子的最外层都成为8个电子的闭合壳层，因此共价晶体的配位数(即晶体中一个原子最近邻的原子数)只能是 4。
方向性是指原子间形成共价键时，电子云的重叠在空间一定方向上具有最高密度，这个方向就是共价键方向。
共价键方向是四面体对称的，即共价键是从正四面体中心原子出发指向它的四个顶角原子，共价键之间的夹角为109°28′，这种正四面体称为共价四面体，见图 1.2。
图中原子间的二条连线表示共有一对价电子，二条线的方向表示共价键方向。
共价四面体中如果把原子粗略看成圆球并且最近邻的原子彼此相切，圆球半径就称为共价四面体半径。
单纯依靠图1.2那样的一个四面体还不能表示出各个四面体之间的相互关系，为充分展示共价晶体的结构特点，图1.3(a)画出了由四个共价四面体所组成的一个Si、Ge晶体结构的晶胞，统称为金刚石结构晶胞，整个Si、Ge晶体就是由这样的晶胞周期性重复排列而成。
它是一个正立方体，立方体的八个顶角和六个面心各有一个原子，内部四条空间对角线上距顶角原子1/4对角线长度处各有一个原子，金刚石结构晶胞中共有8个原子。
金刚石结构晶胞也可以看作是两个面心立方沿空间对角线相互平移 1/4 对角线长度套构而成的。
半导体光电信息功能材料的研究进展
黟 ２１ 第 卷 ３ （ 第 ６ ０ｏ ７ 第期 总 ３期） 年
面 层
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“ 限 ” 。 摩 尔 定 律 将 受 到 下 述３ 面 的 挑 极 方 战 ：物 理 方 面 （ 沟 场 效 应 ， 绝 缘 氧 化 物 量 短 子 隧 穿 效 应 ，沟 道 掺 杂 原 子 统 计 涨 落 ， 功 耗 等 ） ，技 术 方 面 （ 生 电 阻和 电容 ，互 连 延 寄 迟 ，光 刻 技 术 等 ） ，经 济 方 面 （ 造 成 本 昂 制 贵 ，难 以承 受 ） 。 为 克 服 上 述 器 件 物 理 和 互 连 技 术 限 制 ， 人 们 一 方 面 正 在 开 发 诸 如 高 Ｋ 介 质 、金 属 栅 、 双 栅／ 栅 多栅 器 件 、 应 变 沟 道 和 高 迁 移 率 材 料 ，铜 互 连 技 术 （ 散 阻 挡 扩 层 ） 、低 介 电常 数 材 料 、 多壁 纳 米 碳 管 通 孔 和 三 维 铜 互 连 等 ；另 一 方 面 ，在 电路 设 计 与 制造 方 面 ，采用 硅 基微／ 器 件 混合 电路 、 纳 光 电 混 合 集 成 和 系 统 集 成 芯 片 （ Ｏ ） 技 术 ＳＣ 等 ， 来 进 一 步 提 高 硅 基 Ｉ 速 度 和 功 能 。 Ｓ Ｃ的 然 而 ，虽 然 采 取 上 述 措 施 可 以延 长 摩 尔 定 律 的 寿 命 ，但 硅 微 电子 技 术 最 终 难 以满 足 人 类 对 信 息 量 需 求 的 日益 增 长 。 为此 ，人 们 正在 积 极 探 索 基 于 全 新 原 理 的 材 料 、器 件 和 电路 技 术 ，如 基 于 量 子 力 学 效 应 的纳 米 电子 （ 光 电子 ）技 术 、 量 子 信 息 技 术 、光 计 算 技 术 和 分 子 电子 学 技 术 等 。 （ ２）硅 微 电 子 的 可 能 “ 代 ” 技 术 探 讨 替 ａ 纳 米 电 子 技 术 ． 目前 ，虽 然 建 立 在 量 子 力 学 基 础 上 的纳 米 电子 学 工 作 原 理 、工 作 模 式 、采 用 什 么 材 料 体 系 和 工 艺 技 术 等 尚存 争 议 ，但 纳 米 电子 学 仍 是 该 领 域 的研 究 热 点 。虽 然 早 在 ｌ 多年 ０ 前 就 已研 制 成 功 了单 电 子 器 件 （ 电子 晶体 单 管 和 单 电子 存 储 器 ） ， 而 且 按 照 目前 的技 术 水 平 ， 制 备 室 温 工 作 的 单 电 子 晶 体 管 器 件 （ Ｅ ） 已无 不 可 克 服 的 困难 ；但 是 ， 我 们 ＳＴ 不 仅 需 要 单 个 器 件 ，还 需 要 超 高密 度 （ 个 每 Ｍ Ｕ 片 可 集 成 数 量 为 １ １ 。 、 功 能 完 Ｐ芯 ～ 。 ０ ０的 全 相 同 的Ｓ Ｔ 、 低 功 耗 、 运 算 速 度 快 、 能 Ｅ） 与硅 工 艺 兼 容 的 技 术 。近 年 来 ， 虽 然 基 于 量 子 点 的 自适 应 网络 计 算 机 已取 得 进 展 ，但 要 实 现 单 电子 器 件 的大 规 模 集 成 ， 还 有 很 长 的 路 要走 。 不 少 人 认 为 ，碳 纳 米 管 将 成 为 纳 米 电子 学 主 导 材 料 ， 然 而 ，研 究 表 明虽 然 碳 纳 米 有 着 很 高 的沟 道 电子 迁 移 率 ，但 它 的 寄 生 效 应 （ 生 电 阻和 电容 等 ）使 其 难 以高 频 工 作 ， 寄 Ｃ ｅ 等 报 导 的 集 成 在 一 个 单 壁 碳 纳 米 管 ｈｎ 上 、 包 含 ５ Ｍ Ｓ 转 级 的 环 形 振 荡 器 工 作 个Ｃ Ｏ 反 频 率 要 比最 新 的Ｃ Ｏ 慢 １ 。 ｌ … ！另 外 ， Ｍ Ｓ ０～ ０ 倍
电子信息功能材料的制备及其应用
电子信息功能材料的制备及其应用电子信息技术的发展带来了许多很好的产物，如手机、电视、电子书等等。
这些产品的问世离不开电子信息功能材料。
电子信息功能材料是用于电子信息技术领域的材料，其主要特点就是能够传播电子信息并有较高的敏感度。
本文将会探讨电子信息功能材料的制备及其应用。
一、电子信息功能材料的制备电子信息功能材料主要包括半导体、导电材料和光电材料等。
这些材料的制备过程相对复杂但是又十分重要。
1. 半导体材料的制备半导体材料是指在室温下电阻率介于导体和绝缘体之间的材料，被广泛应用在电子器件中。
制备半导体材料的方法包括化学气相沉积、物理气相沉积和分子束外延等。
在化学气相沉积方法中，化学反应生成的气相组分在真空中沉积在半导体表面，形成所需要的薄膜。
物理气相沉积方法包括溅射沉积和电子束蒸发。
分子束外延方法是将半导体单晶作为衬底，通过高纯度的分子束沉积生长出所需要的材料。
2. 导电材料的制备导电材料主要指金属材料，其电阻率极低，能够传送电荷。
制备导电材料的方法主要是电化学沉积和物理气相沉积。
电化学沉积方法是利用化学还原等方法，在电极表面沉积材料。
物理气相沉积方法也是沉积材料在材料上，但是不涉及化学反应。
3. 光电材料的制备光电材料是能够将光能转化为电能或者将电能转化为光能的材料。
制备光电材料的方法主要是溶剂热法、电化学沉积和溶胶-凝胶法等。
在溶剂热法中，通过低温高压的方式，将材料溶解在溶液中，通过热力学作用在合适条件下沉积材料到衬底表面。
电化学沉积和前面所说的电化学沉积一样，利用电极上的电位差和电解质中的离子将材料在电极中沉积出来。
溶胶-凝胶法是将材料分散在溶液中，通过控制溶胶与凝胶相互转化来制备目标材料。
二、电子信息功能材料的应用电子信息功能材料因为其特殊的性质，在电子设备中扮演着重要的角色。
下面将会分别介绍导电材料、光电材料和半导体材料的应用。
1. 导电材料的应用导电材料被广泛应用在电路板、触摸屏等器件中。
半导体材料是干什么用的
半导体材料的应用半导体材料在现代科技领域中发挥着重要的功能，它具有介于导体和绝缘体之间的电学特性，广泛应用于电子器件、光电子器件、传感器等领域。
本文将探讨半导体材料的特性和其在各个领域中的具体应用。
半导体材料特性半导体材料的特性在于其具有带隙能量，这意味着在带隙能量以下的区域，材料的电子不容易传导电流，而在带隙能量以上的区域，材料的电子则可以自由传导电流。
这种特性决定了半导体材料在电子器件中的应用。
电子器件中的应用半导体材料在电子器件中有着广泛的应用，例如在晶体管中，通过操纵半导体材料的电子行为，可以实现电子信号的放大和开关控制。
此外，在集成电路中，半导体材料可以被制备成各种器件，实现逻辑电路、存储器件等功能。
这些应用使得半导体材料成为现代电子技术的核心材料之一。
光电子器件中的应用除了在电子器件中的应用外，半导体材料还在光电子器件中发挥着关键作用。
例如，在光伏电池中，半导体材料可以将光能转化为电能，实现太阳能的利用。
在激光器件中，半导体材料可以通过电子-空穴复合放大光信号，实现激光的发射。
这些应用使得半导体材料在光电子领域有着重要的地位。
传感器中的应用半导体材料还被广泛应用于传感器中，例如温度传感器、压力传感器等。
半导体材料的电阻、电容等特性会随着外部环境的变化而变化，基于这些特性制备的传感器可以实现对环境参数的监测和检测，广泛应用于工业控制、环境监测等领域。
总结半导体材料作为一种特殊的材料，在现代科技领域中具有不可替代的作用。
其在电子器件、光电子器件、传感器等领域的应用丰富多样，推动了现代科技的发展。
随着科技的不断进步，相信半导体材料的应用领域还将不断扩展，为人类带来更多的科技创新。
硅在半导体中的应用领域
硅在半导体中的应用领域硅在半导体中的应用领域引言硅是一种常见的半导体材料，其在电子工业中的应用非常广泛。
本文将探讨硅在半导体中的应用领域，并重点介绍其在集成电路、太阳能电池和光电子器件中的作用。
一、硅在集成电路中的应用集成电路是现代电子产品的核心组件，其基本单位是晶体管。
硅由于具有良好的半导体性能与可控性，成为集成电路制造过程中的首选材料。
硅晶圆上的芯片通过控制电流的通断来实现数值计算、数据转换和信号处理等功能。
硅材料的物理和化学性质使其能够适应复杂的加工工艺，在制造高性能微处理器和内存芯片等领域占据重要地位。
硅在制造过程中可以控制其电阻率和禁带宽度，以实现不同功能的集成电路。
此外，硅还可以被掺杂产生N型或P型材料，用于形成晶体管的源、漏、栅等元件结构，实现集成电路中的场效应和双极性性能。
二、硅在太阳能电池中的应用太阳能电池是利用光能转化为电能的设备，其中硅材料的应用是最为广泛的。
硅太阳能电池的工作原理基于光生电压效应和光生电流效应，当太阳光照射到硅片表面时，光子激发了硅原子内的电子，形成载流子对。
通过引导电子流和空穴流，可以在硅材料中产生电流。
硅太阳能电池具有良好的稳定性、可靠性和长寿命等优点，被广泛应用于电力系统、航天探测器和家用电器等领域。
三、硅在光电子器件中的应用光电子器件是指利用光电效应将光能转化为电能或将电能转化为光能的器件。
其中，硅也扮演着重要的角色。
硅通过控制硅基材料的结构和掺杂，可以制造出集成光电子器件，如硅光探测器、硅电光调制器和硅光放大器等。
硅光探测器可以将光信号转化为电信号，用于光通信和光信息处理。
硅电光调制器可以控制光信号的幅度、相位和频率，用于光通信中的调制与解调。
硅光放大器可以放大光信号，提高光通信系统的传输性能。
这些硅基光电子器件在信息技术、通信和光能利用等领域正发挥着重要的作用。
结论硅在半导体中的应用领域非常广泛，特别是在集成电路、太阳能电池和光电子器件中的作用不可忽视。
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半导体信息功能材料11级材料化学陈天炜 01162033历史发展表明，半导体信息功能材料和器件是信息科学技术发展的物质基础和先导。
晶体管的发明、硅单晶材料和硅集成电路(ICs)的研制成功，导致了电子工业大革命；光导纤维材料和以砷化镓为基础的半导体激光器的发明，超晶格、量子阱微结构材料和高速器件的研制成功，使人类进入到光纤通信、移动通信和高速、宽带信息网络的时代。
纳米科学技术的发展和应用，极有可能触发新的技术革命，必将彻底地改变人类的生产和生活方式。
信息技术涉及到信息的获取、发射、传输、接收、存储、显示和处理等方方面面。
一. 半导体信息功能材料与器件研究现状1.半导体硅材料半导体硅材料(semiconductor silicon)是最主要的元素半导体材料，包括硅多晶、硅单晶、硅片、硅外延片、非晶硅薄膜等，可直接或间接用于制备半导体器件。
制备结晶态硅材料的制备方法通常是先将硅石(SiO2)在电炉中高温还原为冶金级硅(纯度95%～99%)，然后将其变为硅的卤化物或氢化物，经提纯，以制备纯度很高的硅多晶。
包括硅多晶的西门子法制备、硅多晶的硅烷法制备。
在制造大多数半导体器件时，用的硅材料不是硅多晶，而是高完整性的硅单晶。
通常用直拉法或区熔法由硅多晶制得硅单晶。
目前世界上直拉硅单晶和区熔硅单晶的用量约为9：1，直拉硅主要用于集成电路和晶体管，其中用于集成电路的直拉硅单晶由于其有明确的规格，且其技术要求严格，成为单独一类称集成电路用硅单晶。
区熔硅主要用于制作电力电子元件，纯度极高的区熔硅还用于射线探测器。
硅单晶多年来一直围绕着纯度、物理性质的均匀性、结构完整性及降低成本这些问题而进行研究与开发。
材料的纯度主要取决于硅多晶的制备工艺，同时与后续工序的玷污也有密切关系。
材料的均匀性主要涉及掺杂剂，特别是氧、碳含量的分布及其行为，在直拉生长工艺中采用磁场(见磁控直拉法单晶生长)计算机控制或连续送料，使均匀性得到很大改善；对区熔单晶采用中子嬗变掺杂技术，大大改善了均匀性。
在结构完整性方面，直拉硅单晶早已采用无位错拉晶工艺，目前工作主要放在氧施主、氧沉淀及其诱生缺陷与杂质的相互作用上。
氧在热处理中的行为非常复杂。
直拉单晶经300～500℃热处理会产生热施主，而经650℃以上热处理可消除热施主，同时产生氧沉淀成核中心，在更高温度下处理会产生氧沉淀，形成层错和位错等诱生缺陷，利用这些诱生缺陷能吸收硅中有害金属杂质和过饱和热点缺陷的特性，发展成使器件由源区变成“洁净区”的吸除工艺，能有效地提高器件的成品率。
对硅单晶锭需经切片、研磨或抛光(见半导体晶片加工)后，提供给器件生产者使用。
某些器件还要求在抛光片上生长一层硅外延层，此种材料称硅外延片。
非晶硅材料具有连续无规的网格结构，最近邻原子配位数和结晶硅一样，仍为4，为共价键合，具有短程有序，但是，键角和键长在一定范围内变化。
由于非晶硅也具有分开的价带和导带，因而有典型的半导体特性，非晶硅从一晶胞到另一晶胞不具有平移对称性，即具有长程无序性，造成带边的定域态和带隙中央的扩展态，非晶硅属亚稳态，具有某些不稳定性。
其制备方法有辉光放电分解法等(见太阳电池材料)。
半导体硅材料与集成电路硅是当前微电子技术的基础材料，预计到本世纪中叶都不会改变。
从提高硅ICs成品率、性能和降低成本来看，增大直拉硅单晶的直径，解决硅片直径增大导致的缺陷密度增加和均匀性变差等问题，仍是今后硅单晶发展的大趋势。
预计由8英寸向12英寸过渡的硅ICs工艺将在近年内完成，到2015年后，12英寸硅片将成为主流产品；随着极大规模硅ICs向更小线宽发展，是否需要研制更大直径的硅单晶材料，虽存争议，但更大直径的硅单晶(如18英寸等)研制也在筹划中。
从进一步缩小器件的特征尺寸，提高硅ICs的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片将会成为硅材料发展的另一个主要方向。
根据2007年版“国际半导体技术发展路线图”的预测，集成电路的特征线宽，2013年将进入32纳米技术代，晶体管物理栅长将是13 nm，并于2016年进入到22纳米技术代，晶体管物理栅长将是9 nln；到2022年，那时的晶体管物理栅长将是4．5 nln。
这时硅CMOS技术将接近或达到它的“极限”，摩尔定律将受到物理(短沟场效应、绝缘氧化物量子隧穿效应、沟道掺杂原子统计涨落、功耗等)、技术(寄生电阻和电容、互连延迟、光刻技术等)和经济三方面(制造成本昂贵)的挑战。
为克服上述器件物理和互连技术限制，人们一方面正在开发诸如高K栅介质、金属栅、双栅／多栅器件、应变沟道和高迁移率材料、铜互连技术(扩散阻挡层)、低介电常数材料、多壁纳米碳管通孔和三维铜互连等；另一方面，在电路设计与制造方面，采用硅基微／纳器件混合电路、光电混合集成和系统集成芯片(SOC)技术等，来进一步提高硅ICs的速度和功能。
然而，虽然采取上述措施可以延长摩尔定律的寿命，但硅微电子技术最终难以满足人类对信息量需求的日益增长。
为此，人们正在积极探索基于全新原理的材料、器件和电路技术。
如基于量子力学效应的纳米电子(光电子)技术、量子信息技术、光计算技术和分子电子学技术等。
“十五”以来，我国极大规模集成电路关键制造装备(8英寸注入机和刻蚀机等)取得突破，光刻机也有长足进步；以中芯国际有限责任公司等为代表的8，12英寸晶圆代工大型企业的成功建设，已将我国极大规模集成电路的制造水平提高到90一65 nil]水平，大大缩短了与国际水平的差距，预计在2020年左右，可实现与国际同步发展。
虽然我国多晶硅材料产业在过去几年里取得了很大进步，但多为6个⋯9’纯度的太阳能级多晶硅，而电子级多晶硅材料几乎全部依赖进口，严重制约我国集成电路产业的发展。
我国硅单晶材料以5，6英寸为主，其生产能力已达3 400 t以上，8，12英寸硅单晶及抛光片，虽已具有小批量生产能力，但尚未应用于集成电路制造。
硅外延材料产品主要是4和5英寸的，6英寸外延片还未实现量产，8，12英寸硅外延片尚处起步阶段。
8，12英寸硅抛光片和外延片绝大部分依赖进口。
我国S01(主要是SIMOX圆片技术)研发虽有一定的基础，但在8英寸以上S01圆片制造方面仍是空白。
在SiGe异质结外延材料生长和SiGe—HBT等器件与电路研发的技术水平，特别是生产水平与国外差距很大。
2.硅外延材料在适合的晶体底层上的单个晶体半导体薄膜的生长就是外延生长。
底层通常是由和沉积的半导体同种物质的晶体组成，但也不总是这样。
高质量的单晶硅薄膜已经可以在合成蓝宝石或尖晶石wafer上生长了，因为这些物质都有像硅一样可以让晶核生长的晶体结构。
合成蓝宝石或尖晶石的成本超过同尺寸的硅wafer太多了，所以大多数外延生长沉积还是在硅底层上生长硅薄膜。
硅外延是在高温下通过气相化学反应，在抛光的硅单晶片上生长一层或多层硅单晶薄膜通过控制生长条件，可以获得不同电阻率，不同厚度，及不同型号的外延层主要用于制造各种硅集成电路和分立器件，是集成电路和分离点其中重要的基础材料。
大直径的硅集成电路芯片生产线均选用硅外延片作为起始材料。
3.Ⅲ一V族化合物半导体材料与硅相比，Ⅲ一V族化合物材料以其优异的光电性质在高速、大功率、低功耗、低噪音器件、电路、光纤通信、激光光源、太阳能电池和显示等方面得到了广泛的应用。
GaAs，ImP 和GaN及其微结构材料是目前最重要、应用最广泛的Ⅲ一V族化合物半导体材料。
GaAs和InP单晶材料GaAs和InP单晶的发展趋势是增大晶体直径，提高电学和光学微区均匀性，降低缺陷密度和成本。
目前，直径为6英寸的SI—GaAs和4英寸的InP已用于集成电路的制造，但受到硅基GeSi和GaN基材的挑战，发展速度有所减缓。
位错密度低的GaAs和InP单晶的垂直梯度凝固生长技术发展很快，很有可能成为单晶生长的主流技术。
我国在砷化镓单晶研发方面有较好的基础，进入2l世纪后，产业有了较大发展，已拉制出6英寸的大直径砷化镓，形成了年产万片级以上的多条砷化镓单晶片抛光生产线和多条4英寸GaAs集成电路生产线。
3—4英寸的InP单晶的研制也取得了重要进展。
GaAs和InP基超晶格、量子阱材料以GaAs和InP为基的晶格匹配和应变补偿的超晶格、量子阱材料已发展得相当成熟，并成功地用来制造超高速、超高频微电子器件和单片集成电路。
目前，InP基双异质结晶体管(HBT)和高电子迁移率晶体管(HEMT)的最高频率都已进入太赫兹；GaAs基的微波单片集成电路(MMIC)已从军用高端产品发展到民用产品，2007年市场规模已达30亿美元；4 500门HBT 集成电路业已研制成功。
我国在InP基HEMT和HBT高频器件研究方面也取得可喜成绩，已研制出截止频率大于200 GHz的ImP基HEMT和HBT器件，可基本满足W波段电路的需求。
基于上述材料体系的光通信用1．3p,m和1．5斗m的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器泵源已商品化；表面光发射器件已达到或接近达到实用化水平。
目前，研制可工作在40 Gbs／s以上的1．5p,m分布反馈(DFB)激光器和电吸收(EA)调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键之一。
此外，研制准连续兆瓦级大功率激光阵列用高质量量子阱材料也因其具有极重要的应用背景受到高度重视。
自从1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器(QCLs)以来，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显著的进展。
目前，量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到中、远红外波段(3．4—145 mm)。
我国在应变补偿、短腔长和光子晶体等量子级联激光器研制方面也取得了优异成绩，并已成为能研制这类高质量激光器材料与器件为数不多的几个国家之一。
采用量子级联激光器结构来实现THz波段的激射是一个更为前沿的研究领域，现已取得重要进展。
4.宽带隙半导体材料宽带隙半导体材料是指禁带宽度大于2．7 eV的半导体材料，如III族氮化物、碳化硅、氧化锌(ZnO)和金刚石等，特别是GaN，SiC和金刚石薄膜等，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。
另外，IIl族氮化物、ZnO基材料等也是优良的光电子材料，在短波长发光器件、太阳能光伏电池和紫外探测器等应用方面显示了广泛的应用前景。
GaN基异质外延材料目前，GaN基蓝、绿LED已实现规模生产，年销售额已达数十亿美元。
近年来，功率达瓦级(最大为5W)的GaN基蓝、紫光发光二极管的研制成功，使人们看到了固态白光照明的诱人前景；2006年12月Nichia的GaN基白光LED实验室的流明效率已高达150 lm／W；2006年7月Cree公司已开发出流明效率为131 lm／W的白光LED；Lumileds公司在2007年1月也研制成功了GaN基115 lIn／W的功率型白光LED。