宽禁带半导体材料新进展
宽禁带半导体ZnO材料的调研
纳米氧化锌在橡胶轮胎中的应用 将纳米氧化锌作为导电的白色颜料填充于橡胶中，可研制出导电性橡胶，用来制造静电屏蔽 橡胶及制品。
结束 谢谢
GaN 3.39 纤锌矿 a=3.189 c=5.185 2770 1.3 a=5.6 c=7.7 1000 3.5 5.0
4H-SiC 3.26
纤锌矿 a=3.073 c=10.053
2070 3.0~3.8 3.5~5.0
6H-SiC 3.03
纤锌矿 a=3.018 c=15.117
2070 3.0~3.8 3.5~5.0
纳米氧化锌的性质和用途
纳米氧化锌在纺织中的应用 将金属氧化锌粉末制成纳米级时，由于微粒尺寸与光波相当或更小，尺寸效应使导带及价带的间
隔增加，故光吸收显著增强。在350~400nm（UVA）时，氧化锌的遮蔽效率高，同时氧化锌 （n=1.9）的折射率小，对光的漫反射率较低，使得纤维透明度较高且利于纺织品染制。
远红外线反射纤维的材料 这种远红外线反射功能纤维是通过吸收人体发射出的热量，并且再 向人体辐射一定波长范围的远红外线，可促进人体血液循环，遮蔽红外线，减少热量损失。 保温
光致发光材料 可利用紫外光、可见光或红外光作为激发光源而诱导其发光。氧化锌在室温下 拥有较强的激发束缚能，可以在较低激发能量下产生有效率的放光。防紫外线纤维
纳米氧化锌的性质和用途
纳米氧化锌在防晒化妆品中的应用 纳米氧化锌具有紫外线屏蔽性、透明性及灭菌性。 当受到紫外线的照射时，价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上，同时产生空穴-电子 对，因此具有吸收紫外线的功能。 纳米ZnO比普通ZnO对可见光的吸收弱得多，有很好的透过率，因此具有高度的透明性。 纳米ZnO在阳光尤其在紫外线照射下，在水和空气（氧气）中，能自行分解出自由移动的带 负电的电子（e-），同时留下带正电的空穴（h+）。这种空穴可以激活空气中的氧变为活性氧， 有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内的有机物），从而把大多数 病菌和病毒杀死。 纳米ZnO应用于防晒化妆品中，不但使体系拥有收敛性和抗炎性，而且具有吸收人体皮肤油脂的 功效。
新一代宽禁带4H_SiC功率半导体外延材料的产业化进展
37 2013 6 军民两用技术与产品
专家观点
表1 自2001年起由不同外延生长系统所获得的 4H-SiC外延晶片的性能指标
50mm
75mm
100mm
系统容量
7× 5× 7× 50mm 75mm 75mm
8× 100mm
10× 100mm
出现时间 总晶片面积
使用高分辨X射线衍射谱仪（XRD）对外延晶 片的晶体质量进行表征。外延晶片的厚度和掺杂浓 度分别使用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）和C-V 汞探针进行表征。使用原子力显微镜（AFM）对晶 片表面粗糙度进行测量。使用Candela光学表面分析 仪对外延晶片的表面缺陷进行分析。
3 结果与讨论
图1为使用10×100mm暖壁行星式外延生长系统 所获得的4H-SiC外延晶片的XRD图，其中，最强峰 出现在35.57°，对应4H-SiC晶体的（0004）晶面。 图1中的插图为外延晶片（0004）晶面的摇摆曲线， 其半高宽（FWHM）为26.74″，说明整个外延晶片 的结晶质量良好。
图4为该外延晶片的Candela缺陷扫描结果图， 其总缺陷密度为0.75cm-2。所统计的外延层表面缺陷 主要包括微管缺陷、三角形缺陷、掉落物缺陷和胡 萝卜缺陷等常见形貌缺陷。
图5为10×100mm暖壁行星式外延生长系统全片 生长时的片间厚度和掺杂均匀性测试结果。测试结 果为：外延晶片的平均厚度为11.43μm，片间均匀性 为0.5%；平均掺杂浓度为5.4×1015cm-3，片间均匀性 为3.4%。这表明，尽管10×100mm暖壁行星式外延 生长系统的容量高达10×100mm，但各外延晶片在 厚度与掺杂方面具有良好的一致性。
专家观点
新一代宽禁带4H-SiC功率半导体 外延材料的产业化进展
宽禁带半导体材料
02
宽禁带半导体材料的种类与性质
氮化镓(GaN)的性质与制备
• 性质 • 高临界击穿电场 • 高电子迁移率 • 良好的热稳定性 • 制备 • 高温高压化学气相沉积法 • 金属有机化学气相沉积法 • 分子束外延生长法
碳化硅(SiC)的性质与制备
• 性质 • 高禁带宽度 • 高热导率 • 高电子迁移率 • 制备 • 化学气相沉积法 • 熔融法 • 机械化学法
激光器与光电子器件
总结词
高功率、低阈值、高速、小型化、集成化
详细描述
宽禁带半导体材料在激光器与光电子器件方面具有广泛的应用。由于宽禁带半导体材料具有高击穿场强、高饱 和电子速度等特性，因此非常适合制作高功率、高速、小型化和集成化的激光器与光电子器件。此外，宽禁带 半导体材料还可以显著降低激光器的阈值，提高其工作效率。
2
探索低缺陷宽禁带半导体材料生长技术，提高 材料质量，是降低成本的重要途径。
3
开发新型宽禁带半导体材料合成方法，简化生 产流程，提高产量和降低成本。
发展新型宽禁带半导体材料与器件
01
针对不同应用领域，开发具有优异性能的新型宽禁带半导体材 料，如高迁移率、高击穿场强、高热导率等。
02
探索新型宽禁带半导体器件结构，提高器件性能和稳定性，如
宽禁带半导体材料
xx年xx月xx日
目录
Байду номын сангаас
• 宽禁带半导体材料概述 • 宽禁带半导体材料的种类与性质 • 宽禁带半导体材料的应用 • 宽禁带半导体材料的研究进展与挑战 • 展望未来：宽禁带半导体材料的发展趋势与挑战
01
宽禁带半导体材料概述
定义和特性
宽禁带半导体材料定义
宽禁带半导体材料是指禁带宽度大于2.3 eV的材料，具有高 热导率、高击穿场强、高饱和电子速度等特性。
半导体技术年度总结(3篇)
第1篇一、引言2023年，全球半导体行业经历了前所未有的挑战与机遇。
从技术突破到市场变革，从国际合作到竞争加剧，半导体技术领域呈现出多元化的发展趋势。
本文将对2023年半导体技术领域的重大事件、创新成果和市场动态进行总结，以期为广大读者提供一幅2023年半导体技术的全景图。
二、技术创新与突破1. 芯片制造工艺- 3nm工艺：台积电宣布成功生产3nm芯片，成为全球首个实现3nm工艺量产的半导体公司。
该工艺采用GAA（栅极全环绕）晶体管技术，大幅提升芯片性能和能效。
- 2nm工艺：三星宣布2025年量产2nm芯片，继续推动半导体工艺创新。
该工艺采用先进的后端供电网络技术和MBCFET架构，进一步提升性能和能效。
2. 芯片设计- Chiplet技术：Chiplet技术成为芯片设计领域的新宠，通过将芯片分割成多个小芯片（Chiplet），实现灵活的设计和快速迭代。
- AI芯片：随着人工智能技术的快速发展，AI芯片需求旺盛。
多家企业推出高性能AI芯片，如华为的昇腾系列、英伟达的A100等。
3. 新材料与器件- 第三代半导体：氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等第三代半导体材料在功率器件、射频器件等领域得到广泛应用。
- 新型存储器：新型存储器如存储类内存（ReRAM）、铁电存储器（FeRAM）等逐渐走向市场，有望替代传统的闪存和DRAM。
三、市场动态1. 全球半导体市场：2023年，全球半导体市场规模达到5143亿美元，同比增长9.8%。
其中，中国市场占比达到32.2%，成为全球最大的半导体市场。
2. 中国半导体产业：中国政府加大对半导体产业的扶持力度，推动产业快速发展。
2023年，中国半导体产业增加值达到1.1万亿元，同比增长12.4%。
3. 并购与投资：全球半导体行业并购活动频繁，如英特尔收购Mobileye、英伟达收购Arm等。
同时，多家半导体企业获得巨额投资，如高通、台积电等。
四、国际合作与竞争1. 国际合作：全球半导体产业合作日益紧密，如台积电与三星、英特尔与Arm等企业之间的合作。
超宽禁带半导体氧化镓材料的产业进展及未来展望
超宽禁带半导体氧化镓材料的产业进展及未来展望1 前言从2020年开始，日本经济产业省（METI）大力支持“氧化镓（Ga2O3）”半导体材料发展，计划2025年前为私营企业和大学提供共约1亿美元财政资金，意图占领下一代功率半导体产业发展的制高点。
以Novel Crystal Technology和Flosfia为代表的初创企业，正在联合田村制作所、三菱电机、日本电装和富士电机等科技巨头，以及东京农工大学、京都大学和日本国家信息与通信研究院等科研机构，推动Ga2O3单晶及衬底材料以及下游功率器件的产业化，日本政产学研投各界已开始全面布局超宽禁带半导体——氧化镓材料。
与此同时，全球半导体产业中具有全面领先优势的美国，正在从前沿军事技术布局的角度大力发展Ga2O3材料及功率器件。
美国空军研究实验室、美国海军实验室和美国宇航局，积极寻求与美国高校和全球企业合作，开发耐更高电压、尺寸更小、更耐辐照的Ga2O3功率器件。
不仅日、美正在布局，德国莱布尼茨晶体生長研究所、法国圣戈班以及中国电子科技集团等全球企业/科研机构也加入了Ga2O3材料及器件研发的浪潮中，这种半导体材料可谓是吸引了世界的广泛关注。
为何氧化镓半导体能够吸引全球各界的目光？其在未来半导体产业中将会有什么样的前景？本文简述了半导体材料的发展历程、氧化镓半导体的特点及优势，以及氧化镓的制备技术、研发与产业化进展，最后对氧化镓半导体产业发展的未来进行了展望。
2 半导体材料发展历程自20世纪50年代开始，半导体行业得到了高速的发展，半导体材料也发展到了第3代。
第1代半导体材料是以硅（Si）和锗（Ge）为代表，其中Si具有很好的机械加工性能和热性能，在自然界中储量丰富、价格低廉，目前可以制备高纯度大尺寸的单晶，因此极大推动了微电子行业的发展，其在半导体产业中具有不可替代的地位。
随着半导体科技的发展，对器件性能、尺寸和能耗的要求越来越高，硅材料也渐渐暴露了其缺点，尤其是在高频、高功率器件和光电子方面的应用局限性。
半导体衬底材料新的解决方案
半导体衬底材料新的解决方案
半导体衬底材料是半导体器件的基础，其性能直接影响到半导体器件的性能。
目前，硅（Si）和蓝宝石（Al2O3）是最常用的半导体衬底材料。
然而，随着半导体技术的发展，对半导体衬底材料的需求也在不断提高，需要寻找新的解决方案。
1. 硅碳化物（SiC）：硅碳化物是一种宽带隙半导体材料，具有高热导率、高电子饱和漂移速度和高击穿电场等优点。
因此，它被认为是下一代功率半导体的理想材料。
2. 氮化镓（GaN）：氮化镓是一种直接宽禁带半导体材料，具有高的电子饱和漂移速度和高的热导率。
因此，它被广泛应用于高频、高功率和高温环境下的半导体器件。
3. 磷化铟（InP）：磷化铟是一种窄禁带半导体材料，具有高的电子迁移率和高的光电转换效率。
因此，它被广泛应用于光电子设备。
4. 石墨烯：石墨烯是一种二维材料，具有高的电子迁移率和高的热导率。
因此，它被认为是下一代半导体器件的理想材料。
5. 其他新型半导体材料：如氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）等，这些材料具有独特的光电性质，有望在光电设备中得到应用。
宽禁带半导体ZnO材料的调研
详细描述
脉冲激光沉积法利用高能脉冲激光照射在锌 靶上，产生高温高压等离子体，其中包含锌 原子和氧原子。这些原子在飞向衬底的过程 中发生化学反应，生成ZnO沉积在衬底上。 通过控制激光能量、脉冲频率、衬底温度等 参数，可以调节ZnO薄膜的生长速度和晶体 质量。
脉冲激光沉积法
总结词
脉冲激光沉积法是一种利用激光诱导化学反 应制备ZnO材料的方法，通过将高能脉冲激 光照射在锌靶上，产生高温高压等离子体， 再与氧气反应生成ZnO沉积在衬底上。
ZnO材料的应用领域
03
ZnO材料的应用领域
电子器件
发光二极管
ZnO具有高导电性和宽禁带特性， 可用作蓝光LED的基底材料，广 泛应用于显示、照明等领域。
太阳能电池
ZnO作为宽禁带半导体材料，具有 较高的光吸收系数和良好的光学稳 定性，在太阳能电池领域具有潜在 的应用价值。
场效应晶体管
ZnO基场效应晶体管因其高迁移率 和良好的稳定性，在集成电路、微 电子器件等领域具有广阔的应用前 景。
宽禁带半导体的定义
宽禁带半导体
指禁带宽度较大的半导体材料，通常禁带宽度大于2.3eV。这类半导体材料具有高热导率、高击穿场 强、高饱和电子速度等优点，在高温、高频率、高功率器件以及光电器件等领域具有广泛的应用前景 。
ZnO材料
是一种宽禁带半导体材料，禁带宽度为3.37eV，在室温下表现出高激子束缚能（60meV）和高热导率等 特点。ZnO材料还具有优异的光学性能和电学性能，使其在紫外光电器件、短波长激光器、气体传感器和 太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。
详细描述
化学气相沉积法利用气态的锌源和氧气发生化学反应，在衬底上生成ZnO晶体。常用的锌源包括锌粉、锌盐等， 衬底材料则根据需要选择，如蓝宝石、硅等。通过控制温度、压力、气体流量等参数，可以调节ZnO薄膜的生长 速度和晶体结构。
宽禁带稀磁半导体材料研究进展
由于 电子 同时具 有 电荷和 自旋 ２
种属性 ， 其 中， 利用 电子 的电荷 属性能 够制备 出半 导体 器件 ， 利用 电子 的 自 旋 属性 则 可 以得 到大 容 量 信息 存 储
（ Ｍｎ） 、 铁（ Ｆ ｅ ） 、 钴（ ＣＯ ） 、 铬（ ｃｒ ） 、 镍 （ Ｎｉ ） 、 铜（ Ｃｕ ） 等］ 或稀土金属元素， 使其 获 得 铁磁 性 能的 一 类新 型 功 能 材料 。 所 掺入 的磁性 金属 原子 替代 了
Ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ， Ｄ Ｍ Ｓ） 应运 而生 。
多 物理 参数 ， 如 禁带 宽度 、 晶格 常数 、 磁性 离子和载流子浓度 等。 因此 ， 宽禁 带ＤＭＳ 材料才显示 出许 多独特 的物理
性质 。 ＤＭＳ 材料 中局域磁离子与导带 、 价 带 电子之 间 的相 互作 用 ， 使其 能带
下注 入 自旋 极化 电子。 目前可 能 的 自 旋 电流 产生 方 式有 ： 欧姆 注 入 、 隧 道
注入 、 弹道 电子注入 、 ＤＭ Ｓ 注入 。 最后
的Ｄ ＭＳ 存在 稳定铁磁态 ， 其Ｔ ｃ 可随带
隙宽 度增 加 而提 高 ， 他 预 计 掺 杂ＴＭ
成 为材 料界 的研 究热 点。 本文论 述 了
１ ０ ０ ｍｅ Ｖ， 这 种 大 劈 裂 现 象 称 作 巨
的晶格位置 。 ２ ０ ０ ０ 年Ｄｉ ｅ ｔ ｌ 基于传 统的 Ｚ ｅ ｎ ｅ ｒ 载 流子 与局域 自旋交 换相 互作 用模 型 ， 通过理 论计 算预 言 了宽 禁带 半导体氮化镓 （ Ｇａ Ｎ） 和 氧化锌 （ Ｚ ｎ Ｏ） 具有 居里 温度 （ Ｔｃ ） 高于 ３ ０ ０ Ｋ的铁磁 性 Ｄｉ ｅ ｔ ｌ 认 为 以宽禁带半导 体为基体
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
谢谢大家！
宽禁带半导体材料新进展
氮化铝(AlN)材料
体单晶制备方法：物理气相传输法( PVT) 发展动态： 美国Crystal IS公司、俄罗斯N-Crystals公 司在该领域处于领先地位,可以制备出直径 为2inch(5.08cm)的体单晶
2 011年德国埃朗根一纽伦堡大学已利用AIN籽 晶生长出直径为25mm、厚度为15 m m 的AIN体 单晶 美国北卡罗莱纳州立大学于2010年获得了直径 为15 m m 高度为] 5 mm的无裂纹AIN晶圆．并于 2011年利用AIN衬底外延生长了高质量的A l N、 AlGaN薄膜 阻碍因素：籽晶的选取（AlN、SiC、AlN/SiC）
GaN–AlN–(4H)SiC新型光触发功率半导体器件
基 本 结 构 图
GaN–AlN–(4H)SiC新型光触发功率半导体器件
Band energy (eV)
GaN-AlN-SiC组态的稳定性
1Ha=27.2eV
Potential energy (Ha)
GaN–AlN–(4H)SiC新型光触发功率半导体器件
GaN–AlN–(4H)SiC新型光触发功率半导体器件
• 电学特性
未来展望
随着宽禁带半导体材料工艺技术的不断进步 、成熟，新结构的功率半导体器件的应用越来越 广泛。而GaN-AlN-4H-SiC OT PSD较好的开关 特性、增益以及阻断特性表明由于GaN较短的载 流子寿命和很好的光吸收效率（而这对高频率功 率电子器件十分关键）和光吸收能力（这对减少 激光成本非常重要）以及碳化硅很高的热导率， 以SiC作为衬底的GaN外延材料必将在未来的功 率半导体器件、高频、高压功率器件、以及光电 领域中广泛应用。
主要内容
• 几种主要半导体材料的物理属性 • 宽禁带半导体材料新进展 • GaN-AlN-(4H)SiC新型光触发功率
半导体器件
• 未来展望
几种主要半导体材料的物理属性（300K）
宽禁带半导体材料新进展
4 H-SiC晶圆和外延材的质量已经相当高，美国 Cree公司能够提供商业化生产的100毫米零微管碳 化硅基底，并且已经展示了高品质150毫米碳化硅 基底。
GaN材料新进展
阻碍GaN材料发展的因素
没有合适的单晶衬底材料 位错密度太大 无法实现p型轻掺杂
氮化镓器件的衬底选择
晶格失配率小的材料 硅、碳化硅和蓝宝石 （ 其 中 碳化硅与氮化镓匹配得更好 一些,二者的晶格失配仅有3.3%, 而蓝宝石和氮化镓的晶 格失配高达14.8% ， 此外,碳化硅的 热 导 率 比氮化镓高,对 改善大功率器件的温度特性也大有好处） 因此，目前，选用SiC作为衬底生长GaN是许多研究者关 注的一个方面。
工作原理（发射极零偏压、集 电极正偏压）
基区注入光脉冲时，载流 子在能带之间跃迁，并导致电 子空穴倍增，当基区中的光生 电子向集电区移动时，空穴就 会复合掉一小部分从发射极注 入的电子，大多数未被复合的 电子就到达集电极
随着光脉冲的断开，基区 中载流子快速复合，PSD便处 于关态，同时，异质pn结将承 受很大的发射极、集电极电压 。