半导体信息功能材料与器件的研究新进展_图文(精)
半导体技术的新材料发展及应用
半导体技术的新材料发展及应用随着计算机、通讯、物联网和人工智能等新技术的不断快速发展，半导体技术在这些领域中的应用越来越广泛。
而随着人们对于新材料和新技术的不断探索，半导体材料的发展正处于一个新的突破点。
在这篇文章中，我们将深入探讨半导体技术的新材料发展及其应用。
一. 新材料的发展1. 碳化硅材料碳化硅（SiC）是一种非常有前途的半导体材料，具有良好的热导性能和耐高温性能。
碳化硅材料可以在高温下工作，因此适用于制造高温二极管和功率器件等。
目前，碳化硅材料已经在汽车、电力等领域得到广泛应用。
2. 氮化镓材料氮化镓（GaN）材料是一种具有高电子迁移率和高饱和电流密度的半导体材料。
它广泛应用在LED照明、光伏发电、无线通讯和雷达系统等领域。
氮化镓材料的特点是具有高亮度、长寿命、低能耗等优点。
3. 氮化铝材料氮化铝（AlN）是一种具有高热导性、高电绝缘性和高机械强度的半导体材料。
它广泛用于氮化镓LED、超声波传感器、高功率半导体器件、氢化物半导体器件等。
在这些领域中，氮化铝材料已经显示出更高的性能和更低成本。
二. 新材料的应用1. LED照明LED照明已经成为新能源照明领域发展的主流，这主要得益于氮化镓材料的广泛应用。
氮化镓材料的特点是具有高亮度、长寿命、低能耗等优点，因此可以替代传统的白炽灯和荧光灯。
LED照明在新能源领域中的应用已经日益增多。
2. 无线通讯随着人工智能、物联网等领域的快速发展，无线通讯的需求也在不断增加。
在这方面，氮化镓和碳化硅材料的应用得以广泛发展。
氮化镓材料的高频特性良好，是移动通讯中的重要材料，如5G基站中的功率放大器模块就采用氮化镓材料。
碳化硅材料因其高温性能良好，被广泛应用于电力电路中。
3. 太阳能电池氮化铝材料在太阳能电池中广泛应用，它具有高电绝缘性和高光学透过率等特点。
太阳能电池具有非常好的可再生性和环保性，因此也吸引了越来越多的人的关注。
4. 其他应用除了上述领域外，新材料还在许多其他领域得到广泛应用。
半导体器件的研究进展及其应用
半导体器件的研究进展及其应用半导体器件是现代电子技术中最为重要的一种电子器件。
在电子器件中，半导体器件的应用范围非常广泛，从计算机、通讯、消费电子到航空航天等多个领域都有着重要的作用。
本文将介绍半导体器件的研究进展及其应用。
一、半导体器件的基本原理半导体器件是利用半导体材料产生电子的能力来控制电子流动的一种器件。
半导体材料可以看作是介于导体和绝缘体之间的一种材料，其导电性能介于导体和绝缘体之间。
半导体材料的电子结构中存在着禁带，当外界电场作用于半导体时，能够改变禁带的宽度，从而改变半导体材料的导电性能。
二、半导体器件的种类半导体器件包括二极管、晶体管、场效应管、三极管、光电器件等多种类型。
其中，二极管是最简单的半导体器件之一，由一个p型半导体和一个n型半导体组成。
晶体管是一种能够控制电流的半导体器件，它是由三个掺杂不同的半导体材料构成的。
场效应管是一种用于控制电流的半导体器件，它是由一个特殊型的半导体构成的。
三极管是一种用于放大电流的半导体器件，它是由三个掺杂不同的半导体材料构成的。
光电器件是利用半导体的光电效应制成的器件，例如光电二极管、光电场效应管等。
三、半导体器件的研究进展随着科技的发展，半导体器件的研究和发展也越来越快速。
近年来，半导体技术大幅度改进了计算机、通信、消费电子、航空航天等领域的性能。
其中，三维集成电路技术、大规模集成电路技术、新型材料、新型器件等方面的研究都正在取得重大突破。
随着互联网的快速发展，人们对计算机的要求越来越高。
为满足这种需求，半导体技术也需要快速发展。
目前，半导体技术正在不断进步，新的半导体材料、器件和制造工艺也不断涌现。
例如，芯片封装技术和如3D IC技术和WLP技术的不断更新和发展。
与此同时，新的集成路线和新的材料，如碳纳米管、量子点等的应用也在逐步增加。
四、半导体器件的应用半导体器件在电子消费品、通信产品、医疗设备、能源等行业中都有广泛的应用。
例如，在电子消费品方面，半导体器件的应用包括计算机、智能手机、平板电脑、数字相机、MP3等。
新型半导体光电子器件的集成与封装技术研究
新型半导体光电子器件的集成与封装技术研究随着现代科技的发展，半导体光电子器件在光通信、计算机、医疗、能源等领域扮演着重要角色。
为了提高半导体光电子器件的性能和集成度，研究人员们不断探索新型的集成与封装技术。
本文将重点探讨这些技术的最新研究进展。
一、背景随着信息技术与光学技术的快速发展，传统的电子器件已经无法满足市场对于高速传输和大容量存储的需求。
半导体光电子器件由于其光电转换效率高、带宽大以及体积小的特点，成为了未来的发展方向。
然而，单独的半导体光电子器件无法充分发挥其潜力，因此研究人员们开始探索新型的集成与封装技术。
二、集成技术的研究进展1. 混合集成技术混合集成技术将不同材料的光电子器件集成在一起，以实现更高的性能。
常见的混合集成技术包括通过微纳加工将器件聚合到一块衬底上，或者使用分离的光电子器件通过光波导进行数据传输。
此外，研究人员还通过材料和工艺的优化，提高不同材料的互补性，进一步提高了集成技术的效果。
2. 基于硅光子技术的集成硅光子技术是近年来较为热门的研究方向之一。
通过在硅基底上进行材料堆叠、控制光的传输和调控，研究人员成功实现了在硅上集成多个光电子器件的目标。
硅光子技术的发展为半导体光电子器件的集成与封装提供了新的思路和方法。
三、封装技术的研究进展1. 波导封装技术波导封装技术是一种将光学器件与光纤连接的封装方法。
通过在器件上制作波导结构，将光信号从光学器件导出并与光纤连接。
在波导封装技术的研究中，研究人员不断优化波导的制作工艺、材料选择以及耦合效率的提高，以提高封装的稳定性和性能。
2. 端面封装技术端面封装技术是一种将光学器件与外界相连的封装方法。
通过将光学器件的端面与光纤进行直接连接，实现光信号的输入和输出。
在端面封装技术的研究中，研究人员致力于提高连接的精度和稳定性，降低插入损耗，从而提高器件的性能和可靠性。
四、封装材料的研究进展1. 光学封装材料光学封装材料在集成与封装技术中起着重要的作用。
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。
新型半导体材料的研究和应用前景
新型半导体材料的研究和应用前景从摩尔定律到新型半导体材料自二十世纪初科学家探索半导体材料开始，半导体材料已经成为现代电子技术的基石。
不过在过去的几十年里，半导体技术的发展依赖于摩尔定律的支持，即芯片的运算速度每18-24个月会翻倍，但是随着半导体工艺的不断革新，摩尔定律已经遇到了瓶颈。
在这种情况下，新型半导体材料被广泛研究提高芯片的性能。
新型半导体材料的种类新型半导体材料有很多种类，比如石墨烯、碳纳米管、有机半导体、钙钛矿等。
这些新型半导体材料，都具有较高的电子迁移率、较小的电子有效质量和较宽的带隙等特性，但是它们之间的差异还是很明显的。
石墨烯石墨烯单层厚度仅为一个原子层，是最著名的新型半导体材料之一。
石墨烯具有很高的电子迁移率和非常好的热传导性能。
石墨烯的电子能带结构使得它具有很好的光学性质，在光电领域应用极为广泛。
碳纳米管碳纳米管是由一个或多个碳原子形成的圆柱形或圆锥形结构，具有很强的力学性能，因此在强度大、重量轻的复合材料、生物学和医学领域应用广泛。
碳纳米管的导电性能不如石墨烯，但是碳纳米管的独特结构使得它在纳米电子学中有着不可替代的地位。
有机半导体有机半导体是由有机化合物制成的“塑料电子”，因其具有良好的可塑性和低成本性而备受关注。
有机半导体通常具有低电子迁移率、低载流子迁移率的特点，但是有机半导体的独特结构也使得它在柔性显示器、太阳能电池、生物传感器等领域发挥重要作用。
钙钛矿钙钛矿是一种新型的光伏材料，钙钛矿太阳能电池具有很高的光电转换效率。
钙钛矿太阳能电池独特的结构能够有效地收集光的能量，并将其转化为电流。
通过对钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的改进，钙钛矿太阳能电池的应用前景非常广阔。
新型半导体材料的应用前景新型半导体材料的应用前景非常广阔，下面列举了一些代表性的应用领域。
智能手机智能手机是现代社会不可或缺的工具之一，而其主要的核心就是处理器。
新型半导体材料的出现使得处理器的功耗大大降低，同时也提高了智能手机的计算速度和处理效率。
功率半导体器件的研究进展
功率半导体器件的研究进展近年来，随着电子技术的不断发展和应用领域的不断拓展，功率半导体器件的研究也在不断深入。
功率半导体器件是一种能够在高电压、大电流下工作的电子器件，其在工业、交通、通信、医疗等领域中有着广泛的应用。
一、功率半导体器件的基础功率半导体器件的研究和应用始于20世纪60年代，主要通过对硅材料的探索和改良，实现了大电压、大电流的传导和控制。
常见的功率半导体器件包括大功率晶闸管、金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）、IGBT等。
大功率晶闸管是一种常用的半导体器件，其结构简单，容易控制，可用于高压、大电流的开关控制。
但是晶体管在开关过程中会产生大量的热损耗，加之离散元件的不可靠性和故障率高，这导致了在现代高效能电气设备的使用中越来越少见。
金属氧化物半导体场效应管采用了金属氧化物半导体作为一个控制门，可以控制电路的通断情况。
MOSFET器件的阻值很低，增益和速度高，同时也有较低的输入电容，实现了高频率高功率的控制。
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种功率半导体器件，是MOSFET和双极性晶体管的结合体，是目前最流行的功率开关器件之一。
IGBT具有低开通电阻、高开通速度、耐电压能力，占据了功率器件市场的比例越来越大。
二、功率半导体器件的主要研究方向随着现代电子技术的发展和应用领域的不断拓展，功率半导体器件的研究也在不断深入。
目前，功率半导体器件的主要研究方向如下：1.高电压、大电流应用方向：随着交通、医疗、工业和航天等领域对高电压、大电流功率器件需求的不断增长，这也是功率半导体器件的主要研究方向之一。
如电力系统中用于电动汽车的快速充电设备、高速列车的转向控制器等。
2.低损耗、高效率应用方向：功率半导体器件的损耗和效率问题一直是制约其发展的瓶颈。
针对这一问题，研究人员一方面开发新型的材料和技术，如碳化硅、氮化镓等离子体剥离技术，另一方面采用智能控制算法和传感器实现高效控制和管理，如数码协同控制技术、电力电子稳压技术等。
半导体10大研究成果
半导体10大研究成果
1.量子比特实现量子超越：在量子计算领域，实现了一些具有超越经典计算能力的重要里程碑，如量子比特的相干控制和纠缠。
2.新型半导体材料的研究：发现和研究了一些新型半导体材料，包括拓扑绝缘体、二维材料（如石墨烯）等，这些材料具有独特的电学和光学性质。
3.自组装技术的发展：自组装技术在芯片制造中取得了重要进展，能够有效地提高集成电路的制造密度，提高性能。
4.超导量子位的进展：在量子计算领域，实现了一些超导量子位的重要突破，包括提高了量子位的运行时间和减小了错误率。
5.神经元芯片的研究：半导体技术在神经科学领域的应用，研究了仿生学方向的芯片，模拟了神经元网络的行为。
6.自适应光学元件：在激光器和光通信领域，研究了一些自适应光学元件，以提高光通信系统的稳定性和性能。
7.极紫外光刻技术（EUV）：EUV技术在半导体芯片制造中取得了显著进展，实现了更小尺寸的制造工艺，提高了芯片集成度。
8.量子点显示技术：在显示技术中，量子点显示技术取得了进展，提高了显示屏的颜色饱和度和能效。
9.能量高效的电源管理技术：针对便携设备和物联网设备，研究了一些能量高效的电源管理技术，以延长电池寿命和提高设备的能效。
10.半导体传感器的创新：开发了一些新型半导体传感器，应用于医疗、环境监测和工业生产等领域，提高了传感器的灵敏度和稳定性。
这仅仅是一小部分半导体领域的研究成果，该领域的研究一直在不断推进。
要了解最新的研究成果，建议查阅相关领域的学术期刊和会议论文。
纳米半导体材料及其纳米器件研究进展
学和质量输运及其二者相互耦合的复杂过程 M OCVD 是在常压或低压 To rr 量级 下生长 的 氢气携带的金属有机物源 如 族 在扩散 通过衬底表面的停滞气体层时会部分或全部分解成
族原子 在衬底表面运动迁移到合适的晶格位 置 并捕获在衬底表面已热解了的 族原子 从 而形成 - 族化合物或合金 在通常温度下 MOCVD生长速率主要是由 族金属有机分子通过
２．３ 应变自组装纳米量子点 线 结构生长技术
异质外延生长过程中 根据晶格失配和表
面 界面能不同 存在着三种生长模式[8] 晶格
匹配体系的二维层状 平面 生长的 F rank - Van
der Merwe 模式;大晶格失配和大界面能材料体系的
三维岛状生长模式 即 Volmer-Weber 模式 大晶
２ 半导体纳米结构的制备技术
半导体纳米结构材料的发展很大程度上是依赖 材料先进生长技术 MBE, MOCVE 等 和精细加 工工艺 聚焦电子 离子束和 x- 射线 光刻技术 等 的进步 本节将首先介绍 MBE 和 MOCVD 技 术 进而介绍如何将上述两种技术结合起来实现纳 米量子线和量子点结构材料的制备 并对近年来得 到迅速发展的应变自组装制备量子点 线 和量子 点 线 阵列方法进行较详细讨论 最后对其它制 备技术也将加以简单介绍
目前 除研究型的 MBE 外 生产型的 MBE 设备也已有商品出售 如 Riber’s MBE6000 和VG Semicon’s V150 MBE 系统 每炉可生产 9×4" 4×6" 或 45×2" 片 每炉装片能力分别为 80×6" 180×4" 片和 64×6" 144×4" 片 App lied EPI MBE’s GEN2000 MBE 系统 每炉可生产 7×6" 片 每炉装片能力为 182×6" 片
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第28卷第1期中国材料进展v。
1.28N。
.1 2009年1月MATERIALS CHINA Jan.2009半导体信息功能材料与器件的研究新进展王占国(中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室,北京100083摘要:首先简要地介绍了作为现代信息社会基础的半导体材料和器件极其重要的地位,进而同顾了近年来半导体光电信息功能材料,包括半导体微电子、光电子材料,宽带隙半导体材料,自旋电子材料和有机光电子材料等的研究进展,最后对半导体信息功能材料的发展趋势做了评述。
关键词:半导体微电子;光电子材料;宽带隙半导体材料;自旋电子材料;有机光电子材料中图法分类号:TN304:TB34文献标识码:A文章编号:1674—3962(2009Ol-0026一05Recent Progress of Semiconductor InformationFunctional MaterialsWANG Zhanguo(Institute ofSemiconductors,Chinese Academy ofSciences,Beijing100083,China Abstract:The extreme importance of semiconductor materials and devices as a foundation of the modern informational society js briefly introduced first in this paper,Then the recent progress of semiconductor microelectronic and optoeleetron・iC materiMs including silicon,GaAs and InP crystals and itS mierostructures,wide band gap semiconductors materials, spintronic materisis and organic semiconductor optoelectronicmaterials as well for national inside and outside are reviewed respectively.Finally developmentai trend of semiconductor information functional materials are summarized.Keywords:semiconductor microelectronic materials;optoelectronic materials;wide band gap materials;spintronic materials;organic semiconductor optoelectronic materials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,本文主要介绍半导体信息功能材料与器件的研究进展。
1半导体信息功能材料与器件研究现状¨’4J1.1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,预计到本世纪中收稿日期:2008—12—18基金项目:国家重点基础研究发展规划资助(2006CB6049一04作者简介:王占国,男,1938年生,中国科学院院士叶都不会改变。
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13nm,并于2016年进入到22纳米技术代,晶体管物理栅长将是9nln;到2022年,那时的晶体管物理栅长将是4.5nln。
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、互连万方数据第1期王占国:半导体信息功能材料与器件的研究新进展延迟、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90一65nil]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3400t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。
1.2硅基异质结构材料硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。
但由于硅是问接带隙,如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。
2001年英国科研人员将硼离子注入到硅中,在硅中引入位错环。
位错环形成的局域场调制硅的能带结构,使荷电载流子空间受限,从而使硅发光二极管器件的量子效率提高到0.1%。
2002年意大利研究人员将稀土金属离子,如铒、铈等,注入到包含有直径为l~2nm的硅纳米晶的富硅二氧化硅中,由于量子受限效应,抑制了非辐射复合过程发生,创造了外量子效率高达10%的硅基发光管的世界纪录。
然而至今未见该方面迸一步的研究成果报告。
尽管GaAs/Si和lnP/Si是实现光电子混合集成的理想材料体系,但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效,使其难以实用化。
2002年Motolora声称,用钛酸锶作协变层(柔性层,在8英寸的硅衬底上成功地生长了器件级的GaAs外延薄膜;但是至今未见实用化的报道。
大失配材料体系的异质外延生长仍是需要解决的难题。
2003年哈佛大学研究人员研制成功硅基N—CdS/P—si纳米线电注入激光器,使人们看到了硅基光电集成的曙光。
2006年6月Intel研制成功硅基混合锁模激光器,它是由InP和硅片构成,两者通过等离子体工艺键合在一起。
光发射来自InP,硅片作为波导,起着对光的反射和放大而产生激光发射作用;激光脉冲4ps,重复频率40GHz,信号由一根光纤输出,可用于PC机、服务器和数据中心等。
近年来采用热压法,将GaAs和InP为代表的Ⅲ一V族材料通过范德瓦力无损伤地与硅片键合在一起,从而使硅基光电混合集成的方案取得了进展,但集成效果尚有待评估。
硅基有机/无机复合发光材料与器件研究近年来取得了进展,外量子效率达到20%。
1.3Ⅲ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。
1.3.1GaAs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。
1.3.2GaAs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基的微波万方数据中国材料进展第28卷单片集成电路(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;4500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200GHz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1.3 p,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。