电子科学技术中的半导体材料发展趋势

电子科 学技 术中的半导体 材料发展趋 势
王 欣 （曲阜师范大学，２７６８００）
【摘 要】电子科学技术当今渗透于我们生活中的各个领域，它引领着当前新兴技术产业的发展脚步，作为电子科学技术发展基石的半导体材
料迭代发展 ，它决定 了当今 电子工业 产业 的走势。从 第－ｆｔ半导体材 料硅 、锗等代表性半导体材料 的发展到 当今碳化硅、氮化镓 、氧化锌 等第三
蓝 光 ＬＥＤ 等 方 面 的使 用有 着 明显 的 优 势 ．并且 作 为 ＬＥＤ衬 底 使 用 有 着 相 当 可观 的 市 场 前 景 ，在 这 一 方 面 ，相 较 于 国外 ，我 国 在 ＧａＮ 的产 业 的起 步 比 较 晚 ，但 是 随 着这 方 面 在 各 个 领 域 的 应 用 愈 加 广 泛 ，我 国在 军 工 产 业 、新 能 源 产 业 、光 学探 测 等 领 域都 加 强 了这 些方 面的 研 发 与投 入
１ 半 导体材料 的分类
有 着 广 泛 的 应 用 。除 此 之 外 ，由 于 ＧａＮ 的 带 隙 较 宽 ，因此 它在
１．１ 元 素 半导体
作 为 最 早 出现 并 且 当且 使 用最 为广 泛 的 第一 代 半 导体 材 料 锗 、硅 是 典 型 的元 素 半 导 体 材料 ．半 导 体 材 料 硅 由 于储 存 量 丰 富 ． 工 艺成 熟 等 因素 成 为 了 当前 半 导 体 设 备 当 中应 用 最 为 广 泛 的半 导 体 材 料 ，锗 作 为 最 早提 出的 半 导 体 材 料 ．早 期 由 于 其 自身 较 为 活 泼 ， 容 易 与 介 电 材 料 发 生 氧 化 还 原 反 应 形 成 Ｇｅ０导 致 材 料 自身缺 陷增 加 ．影 响 半 导体 器件 的 性 能 ．并且 锗
地 位 的 材 料 — — 氧 化 锌 （ＺｎＯ）．因 为、功 率 低 、灵敏 度 高 等优 势 越 来 越 适 应 于 当前 微 型 化 传 感 器 方 面 的 应 用 ，伴 随 着 当 前 ＺｎＯ材 料 原 料 丰 富 、环 保 性 好 、 价 格 低 廉 等 优 势 ，ＺｎＯ 在 半 导 体 器件 方 面的 发 展 有 着 广 阔 的 应 用前 景
砷磷 等 ）［１１。上 面提 及 的一 些材 料 通 常 属 于 固 态 晶 体 半 导 体 材 或 许 会 取得 非 常 显著 的成 果 。
料 ，还有 当前如有机半导体 以及玻璃 半导体等非晶态材料也 ３．３ 新型 半 导体材料 氧 化锌 的发展 趋势
逐 渐 成 为 半导 体 材 料 中的 新 成 员 。
（硫 化 镉 、硫 化 锌 等 ）、氧 化 物 （Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ的 氧 化 物 ），以 及 符 合 这 一 条 件 ． 因此 国 家对 于这 一 类 新 型 半 导体 材 料 的重 视 由 Ⅲ一Ｖ族 化 合 物 和 Ⅱ一Ⅵ 族 化合 物组 成 的 固溶 体 （镓 铝 砷 、镓 度 也 愈 来 愈 高 。随 着 半 导 体 产 业 的 不 断 进 步 ．我 国的 ＳｉＣ产 业
４ 结 论
阳能 电池 领 域 也 有 着迅 速 的发 展 。
硅 在 军工 领 域 也 有 着 十 分 广泛 的应 用 ，在 一 些 国 防 建 设 方 面
１．２ 化合 物半 导体
目前 碳 化硅 材料 已经被 普 遍 使 用与 一 些 通 信 、侦 测等 领 域 。因
化 合 物 半 导 体 大 致 可 以 划 分 成 第 Ⅲ 和 第 Ｖ 族 化 合 物 为 缺 少 必 须 的产 业 支撑 ． 我 国 国 内的 ＳｉＣ产 业 发 展 仍 然 比较 （ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＯ 以及 石 墨 烯 等 ）、 第 Ⅱ和 第 Ⅵ 族 化 合 物 缓 慢 ，但 是 随 着 我 国更 加 注 重 环 保 型 发 展 ．而 ＳｉＣ材 料 又十 分
３－２ 碳 化硅 （ＳｉＣ）材料 的发 展 与应用
碳 化 硅 作 为一 种 典 型 的硅 基 化 合 物 半 导 体 材 料 ，随 着 它
的 储 藏 量 和硅 相 比 少很 多 ， 因此 早 期 锗 作 为 半 导 体 材 料 的 发 自身热 导 性 能 相 比较 其 他 材 料 稳 定 性很 高 ． 因 此在 一 些 需 要
代 半 导体 材 料 的 深入 研 究 ，它们 都 遵 循 着 半 导 体 材 料 朝 着 高 集 成 度 、低 特征 尺 寸 、更 宽 的 禁 带 宽 度 等 方 向进 行 发 展 。
【关键词 】半导体材 料；特征尺寸 ；摩尔定律
【中图分类号 】ＴＮ３０４
【文献标识码 】Ａ
【文章编号 】１００６—４２２２（２０１６）０８—０２３７—０１
作 为 当前 在 光 学 材 料 、 传 感 器 等 领 域 方 面有 着 举 足 轻 重
２ 半导体材料使用节点的变化
应 用 最 广 泛 的 半 导体 材 料 硅 发 展 至 今 伴 随 着 摩 尔定 律 ． 硅 的 集成 度 已经 逐 渐 逼 近 极 限 ． 目前 晶体 管 逐 渐 向 １０ｎｍ 甚 至 ７ｒ ｉｍ 的特 征 尺 寸进 行 发 展 ， 然 而 由 于 硅 材 料 在 禁 带 宽 度 、 电子 迁移 率 、空 穴 迁移 率 等 方 面 的 不足 ．已 经越 来越 难 以 满足 当前 高 集 成度 、 低 特 征 尺 寸 的 晶 体 管 要 求 ，在 １０ｎｍ 节 点之
展 比较 缓 慢 ，但 是 自 ２０世 界 ８０年 代 ，锗 作 为 半 导 体 材 料 开 始 散 热性 能优 异 的 条 件 下被 广 泛使 用 ，如 今 ．ＳｉＣ在 太 阳能 电池 、
广 泛 应 用 于红 外 光 学领 域 。并 且 发 展 极 为 迅 速 ，此 后 ．Ｇｅ在 太 发 电传 输 以及 卫 星 通 信 一 些 领 域 被 应 用颇 多 ，除 此 之 外 ．碳 化